La cordillera pirenaica se levantó como consecuencia de la orogenia Alpina, proceso tectónico a gran escala que estuvo activo al final del Mesozoico y gran parte del Cenozoico. A escala local, esta orogenia tuvo su origen en tres acontecimientos tectónicos principales que generaron un campo de esfuerzos compresivo que condicionó la evolución de la península ibérica. En la zona norte se produjo la subducción de la corteza oceánica del golfo de Bizkaia bajo la placa ibérica y la colisión de las placas ibérica y euroasiática, provocando el levantamiento de la cornisa Cantábrica y los Pirineos respectivamente. En el sureste peninsular se produce la colisión de la placa de Alborán con la placa ibérica y esto supuso la aparición del Sistema Bético.

En la zona que actualmente ocupan los Pirineos, la etapa pre-orogénica se caracterizó por un régimen de esfuerzos extensional que dio lugar a las cuencas sedimentarias mesozoicas rellenadas con importantes espesores de depósitos marinos jurásicos y cretácicos.

En la etapa orogénica se produjo el levantamiento y plegamiento de los Pirineos, involucrando tanto al basamento paleozoico como a las cuencas sedimentarias mesozoicas. Además, se generó el área madre de nuevos sedimentos cenozoicos que rellenaron las cuencas de antepaís a norte y sur de la cordillera (las cuencas de Aquitania y del Ebro).

Durante esta fase orogénica, la convergencia oblicua, colisión y subducción de la microplaca de Iberia bajo la placa euroasiática supuso un régimen transpresivo y compresivo que se prolongó hasta la época del Mioceno (Cenozoico tardío). El relieve se fue progresivamente levantando desde el este hacia el oeste al ir avanzando la subducción y con ello el estrechamiento del surco oceánico inicialmente presente en la región occidental y que separaba Iberia y Europa.

Así, los Pirineos representan un límite de placa fósil entre las placas ibérica y euroasiática y su expresión superficial está constituida por la falla Norpirenaica, una gran estructura tectónica que atraviesa la cordillera de los Pirineos de este a oeste.

Con el relajo y finalización de la orogenia Alpina comienza la actual fase post-orogénica sin un campo de esfuerzos dominante. No obstante, los datos de Geodesia muestran una muy lenta extensión perpendicular a la cordillera, donde las principales fallas activas son de tipo normal y proceden de la reactivación e inversión de fallas de tipo inverso de la etapa orogénica.

En términos regionales, la cordillera pirenaica se puede dividir en cuatro sectores en los que destacan una serie de fallas activas. En el sector oriental, el sistema de fallas Sud de la Tet-Cerdanya que se extiende a lo largo de 120 km en dirección NE-SW, y las fallas de Tech con orientación ENE-OSO y las de Amer y Golfo de Rosas con orientación NO-SE. En el sector centro-axial, numerosas fallas con orientación E-O a ONO-ESE, fuerte buzamiento hacia el norte y sismicidad asociada, destacando las fallas de Coronas y Rius-Cabanes y la falla de Maladeta Norte. En el sector noroccidental, la falla de Herrere con orientación ONO-ESE y movimiento de tipo desgarre-dextral y diversas estructuras de tipo normal con similar orientación cuya actividad cuaternaria está en debate. Y en el sector suroccidental, varias fallas actualmente también en debate, entre las que destaca la falla de Pamplona de tipo desgarre sinestral con componente normal y orientación NNE-SSO.

La tasa actual de deformación de los Pirineos es muy baja, menor de 1 mm/año, pero a pesar de ello, los Pirineos presentan una actividad sísmica constante y constituyen la segunda región sísmicamente más activa de la península ibérica.