El análisis de la cuenca sedimentaria es un método geológico mediante el cual se revela la historia de una cuenca sedimentaria, mediante el análisis del relleno de sedimento en sí. Los aspectos del sedimento, a saber, su composición, estructuras primarias y arquitectura interna, pueden sintetizarse en una historia del relleno de la cuenca. Tal síntesis puede revelar cómo se formó la cuenca, cómo se transportó o precipitó el relleno de sedimento, y revelar las fuentes del relleno de sedimento. A partir de estas síntesis, se pueden desarrollar modelos para explicar mecanismos amplios de formación de cuencas. Los ejemplos de tales entornos basales incluyen las cuencas de backarc, forearc, margen pasivo, epicontinental y extensional.
El análisis de la cuenca sedimentaria es realizado en gran parte por dos tipos de geólogos que tienen objetivos y enfoques ligeramente diferentes. El geólogo petrolero, cuyo objetivo final es determinar la posible presencia y extensión de hidrocarburos y rocas que contienen hidrocarburos en una cuenca, y el geólogo académico, que puede estar preocupado por cualquiera o todas las facetas de la evolución de una cuenca. El análisis de las cuencas de la industria petrolera a menudo se realiza en cuencas subterráneas mediante el uso de sismología de reflexión y datos del registro de pozos. Los geólogos académicos estudian las cuencas subterráneas, así como las cuencas que han sido exhumadas y disecadas por eventos tectónicos posteriores. Por lo tanto, los académicos a veces usan técnicas de la industria petrolera, pero en muchos casos pueden estudiar rocas en la superficie. Las técnicas utilizadas para estudiar las rocas sedimentarias superficiales incluyen: medir secciones estratigráficas, identificar entornos de depósito sedimentarios y construir un mapa geológico.
Una herramienta importante en el análisis de cuencas sedimentarias es la estratigrafía de secuencias, en la que varias secuencias sedimentarias están relacionadas con cambios generalizados en el nivel del mar y el suministro de sedimentos.