Durante o Paleozoico, ocorreu na região algarvia sedimentação marinha, que terminou há cerca de 299 milhões de anos (Ma) ‒ final do Carbonífero. Mais tarde, no final do Paleozoico, devido à colisão dos continentes Gondwana e Laurásia, que deu origem à formação do supercontinente Pangeia, os sedimentos sofreram dobramento, fraturação e metamorfismo.

Durante o Mesozoico (252 a 66 Ma), a fragmentação generalizada do supercontinente levou à formação da Bacia Lusitaniana (na zona oeste de Portugal), à formação da Bacia do Algarve, cuja área emersa se estende, atualmente, desde o Cabo de S. Vicente até ao rio Guadiana, e à progressão do Mar de Tétis para oeste. Por vezes, estabeleceu-se uma continuidade geográfica entre estas bacias de sedimentação, em especial durante o Jurássico (201 a 145 Ma), permitindo que a fauna marinha vinda do norte (boreal) e a fauna do Mar de Tétis (tetisiana) se misturassem.

Ao longo do Mesozoico, depositaram-se na Bacia do Algarve sedimentos essencialmente marinhos, que assentaram sobre rochas do Paleozoico. A unidade geológica mais antiga da bacia, designada como Argilas de S. Bartolomeu de Messines, é constituída sobretudo por argilas vermelhas, depositadas em ambientes fluviais ou lacustres. O afundimento de algumas zonas da região favoreceu a progressão do Mar de Tétis para oeste e possibilitou, há cerca de 200 Ma, a formação de gesso e do sal-gema explorado em Loulé.

Durante uma fase de rifting intracontinental, ocorreu ascensão de magma que deu origem ao Complexo Vulcano-Sedimentar, que aflora entre Sagres e Vila Real de Sto. António. Este complexo, formado por lavas essencialmente basálticas, cinzas vulcânicas, piroclastos e fragmentos da rocha encaixante, está incluído na chamada Central Atlantic Magmatic Province (CAMP). Apresenta uma idade de aproximadamente 200 Ma e aflora em quatro continentes: América do Norte, América do Sul, Noroeste de África e Sudoeste da Europa.

Há cerca de 92 Ma, a movimentação da África levou à subdução da litosfera oceânica sob a Eurásia, que culminou com o fecho do Mar de Tétis. Este processo causou as deformações alpinas na Eurásia, que se propagaram de este para oeste, vindo a afetar os depósitos de sal-gema de Loulé.

A Figura 1 representa a evolução paleogeográfica dos continentes durante o Mesozoico.