A la fin du Trias et au début du Jurassique, il y environ 200 millions d’années, la mer s’installe durablement et recouvre la Provence. Des sédiments vont alors commencer à se déposer sur le socle immergé sous une mer peu profonde (moins de 200 m). Les calcaires et dolomies des Calanques se formeront à partir de cette époque, en s’agglomérant sur le plateau continental. Au crétacé inférieur, entre 145 et 100 millions d’années, la Provence Calcaire est recouverte de lagunes, lagons, d’une mer chaude… Pendant près de 100 millions d’années, les sédiments, constitués de restes d’animaux marins, d’organismes peuplant les récifs coralliens, de sables… s’empilent en strates pour créer par endroit jusqu’à plus de 1000 mètres d’épaisseur de roche sédimentaire. Des coquilles de rudistes sont alors piégées dans la roche blanche.
A partir de l’Eocène, il y a environ 50 millions d’années, le socle sédimentaire se soulève sous l’effet des mouvements tectoniques sur plusieurs centaines de mètres. Commence alors une longue période d’érosion alternée par des phases glaciaires, interglaciaires ou encore des périodes de retrait de la mer comme pendant la crise messinienne lorsque le niveau marin est le plus bas (moins 1 500 m par rapport au niveau actuel).
Il y a 10 millions d’années, au Miocène, la surface du massif est assez plane et l’érosion affecte les dépôts marneux de l’Aptien reposant sur le socle calcaire.
Plus près de nous, entre 1,5 millions d’années et 20 000 ans, le massif est soumis à une érosion et une karstification plus importante. Les cours d’eau façonnent de profondes vallées, notamment du fait du retrait de la mer pendant les périodes glaciaires (-135 m il y a 20 000 ans).
Depuis 20 000 ans et la fin de ces périodes glaciaires, le niveau marin remonte progressivement jusqu’à l’envahissement des vallées fluviales en donnant naissance aux calanques.