Бенгальский бассейн приурочен к крупной полузамкнутой впадине, расположенной в низовьях Ганга и Брахмапутра на территории Индии и Пакистана. В структурном отношении Бенгальский бассейн представляет собой краевой прогиб, заложенный между среднегорной областью альпийской складчатости и докембрийским Индостанским щитом.
На западе бассейн ограничивается Индостанским щитом, на севере — горным массивом Шиллонг, являющимся обособленным выступом докембрийского фундамента на поверхность, сообщающимся с основной частью Ин-достанской платформы седловиной, погребенной под аллювиальными образованиями равнины Ганга и Брахмапутры. Эта седловина отделяет Бенгальский бассейн от Гангского. Восточным обрамлением бассейна является среднегорное альпийское складчатое сооружение Аракан-Йома, сложенное в основном палеогеновыми отложениями. На юге бассейн раскрывается в сторону Бенгальского залива.
В основной своей части бассейн имеет докембрийское кристаллическое основание. В пределах бассейна различается обширный западный платформенный склон с региональным наклоном слоев в восточном направлении, осложненным ступенчатыми сбросами, и более узкий восточный Предараканский складчатый борт, образованный многочисленными линейными складками меридионального простирания, сложенными в основном неогеновыми отложениями. Платформенный склон погребен под аллювиальной дельтовой равниной рек Ганга и Брахмапутры. Наиболее глубокое залегание фундамента — около 6 км — отмечено в восточной части платформенного склона.
На севере Бенгальский бассейн ограничен крупной сбросовой зоной и структурным уступом, окаймляющими с юга массив Шиллонг. Вертикальное смещение слоев вдоль уступа достигает нескольких тысяч метров. Южнее сброса прослеживается узкий пояс пологих складок широтного простирания.
В бассейне выделяются два прогиба: на севере — Силхетский и на западе меридионально вытянутый Читагонгский, разделенные поперечным поднятием (Центральным).
Осадочный покров Бенгальского бассейна образован в основном мощными кайнозойскими осадками, подстилаемыми мезозойскими отложениями, имеющими в северной краевой части бассейна незначительную мощность. Плиоцен и плейстоцен представлены мощными конгломератами и песчаниками речного происхождения. Миоценовые и олигоценовые отложения имеют весьма большую мощность (11 км) и характеризуются песчано-глинистым составом. В разрезе эоцена и палеоцена (1200 м) наряду с песчаниками и глинами развиты известняки. Основное количество естественных нефтепроявлений на северной и восточной окраинах бассейна и притоки нефти на заброшенном малодебитном месторождении Бадарпур приурочены к песчаникам олигоцена и нижней части миоцена (серии барайл и сурма). В песчаниках свит Дхупи-Тилла (верхний миоцен) и Бхубан (нижний миоцен) вскрыты промышленные газовые залежи на месторождениях Кхаи и Азах. Небольшая залежь нефти установлена в свите Бхубан в районе Патхария.