四川盆地（英语：Sichuan Basin），中国四大盆地之一。中国各大盆地中形态最典型、纬度最南、海拔最低的盆地。包括四川东部、重庆大部，在长江上游。东西长380～450千米，南北宽310～330千米，面积约20万平方千米。西依青藏高原和横断山地，北靠秦岭与黄土高原相望，东接湘鄂西山地，南连云贵高原。
地质属扬子准地台四川台坳。古生代相对隆起，缺乏泥盆系和石炭系。印支运动转换为大型拗陷，晚燕山运动，特别是喜马拉雅运动后发生褶皱隆起。盆地格局主要受北东—南西向及北西向两条构造线控制，构成了典型的菱形盆地，广元、雅安、叙永、云阳为菱形的四顶点，东西两边稍长，南北两边略短。以上菱形四顶点的连线与盆地内650～750米的等高线大体相当，盆地底部与边缘山地也以此为分界。在距今1.4亿年以前，还是内陆湖盆。至距今6,600万年时，盆地边缘山地迅速隆升，长江中上游水系开始沟通，盆地内湖水东泻，奠定了现今之地貌形态。
盆地边缘多低山和中山，山势陡峻，发源盆地边缘山地的河流大多为“V”形谷，岭谷高差500～1,000米，地表崎岖，故历史上有“蜀道难，难于上青天”之说。山脊海拔多在2,000～3,000米，西北部与西部可超过3,000米甚至4,000米，如龙门山4,984米、峨眉山3,099米、小相岭4,791米。地表广泛出露古生代及其以前的石灰岩，其次为板岩、片岩、结晶灰岩、石英岩、砂泥岩和砾岩，局部有花岗岩和玄武岩。石灰岩分布区可见石林、溶洞、暗河、槽谷等喀斯特地貌，巫山12峰和金佛山等主要也由石灰岩发育而成。由石灰岩、玄武岩、花岗岩等组成的峨眉山及由砂泥岩、砾岩组成的青城山，素有“峨眉天下秀”、“青城天下幽”之称，为中国著名游览胜地。
盆地底部海拔多数在250～700米，地势向东南倾斜，盆地内各河流均由边缘山地汇聚盆地底部的长江干流，形成向心状水系。地表为大面积的中生代紫红色砂岩与泥岩所覆盖，故称“红层盆地”，是中国中生代陆相红层分布最集中地区。四川盆地为丘陵性盆地，底部以丘陵为主，次为低山和平原。
盆地地形闭塞，气温高于同纬度其他地区。最冷月平均气温5～8℃，较同纬度的上海、武汉及纬度偏南的贵阳高2～4℃。极端最低气温－6～－2℃。霜雪少见，年无霜期长280～350天。盆地各地夏季始于5月底，夏长4～5个月，最热月平均气温26～29℃，长江河谷近30℃，盆地东南部极端最高温往往超过40℃，重庆、彭水曾出现44℃，故重庆为长江流域的三大“火炉”之一。盛夏连晴高温天气又造成盆地东南部严重的夏伏旱。各地年平均气温16～18℃。10℃以上活动积温4,500～6,000℃，持续期8～9个月，属中亚热带气候。东南部的长江河谷活动积温超过6,000℃，相当于中国南岭以南的南亚热带气候。盆地气温东高西低、南高北低、盆底高而边缘低，等温线分布呈现同心圆状。盆地边缘山地气温具有垂直分布特点。
年降水量1,000～1,300毫米，盆地边缘山地降水十分充沛，如乐山和雅安间的西缘山地年降水量为1,500～1,800毫米，为中国突出的多雨区，有“华西雨屏”之称。但冬干、春旱、夏涝、秋绵雨，年内分配不均，70%～75%的雨量集中于6～10月。“巴山夜雨”自古闻名，夜雨占总雨量的60%～70%。盆地区雾大湿重，云低阴天多。峨眉山、金佛山是中国雾日最多地区，年相对湿度之高也为中国之冠。盆地年日照仅900～1,300小时，年太阳辐射能量为370～420千焦耳/厘米2，均为中国最低值，故有“蜀犬吠日”之说。
河流属长江水系，呈羽状。长江从盆地南部横贯，北纳岷江、沱江、涪江、嘉陵江，南纳乌江。
盆地中植物近万种，古老而特有种之多为中国其他地区所不及。在盆地边缘山地及盆东平行岭谷尚可见水杉、银杉、鹅掌楸、檫木、三尖杉、珙桐、水青树、连香树、领春木、金钱槭、蜡梅、杜仲等珍稀孑遗植物和特有种。在湿热河谷可见桫椤、小羽桫椤、乌毛蕨、华南紫萁、里白等古热带孑遗植物。建有银杉自然保护区和缙云山自然保护区。盆地东南缘的酉阳还有世界上最高大的白花泡桐，最高者44米。
四川盆地的地带性植被是亚热带常绿阔叶林，其代表树种有栲树、峨眉栲、刺果米槠、青冈、曼青冈、包石栎、华木荷、大包木荷、四川大头茶、桢楠、润楠等，海拔一般在1,600～1,800米。其次有马尾松、杉木、柏木组成的亚热带针叶林及竹林。边缘山地从下而上是常绿阔叶林、常绿阔叶与落叶阔叶混交林。寒温带山地针叶林，局部有亚高山灌丛草甸。
四川盆地是中国动物种类最多、最齐全的地区之一。除鱼类外，盆地底部共有动物417种，其中经济动物占一半以上。盆地西缘山地是中国特有而古老动物保存最好、最集中的地区，属于一级保护动物的有大熊猫、金丝猴、扭角羚、灰金丝猴、白唇鹿等。还有珍贵特有动物小熊猫、雪豹、鬣羚、短尾猴、猕猴、毛冠鹿、水獭及鸳鸯、血雉、红腹角雉、绿尾虹雉、白腹锦鸡、红腹锦鸡等。
盆地西缘为中国大熊猫的主要分布区。已设立唐家河、王朗、卧龙（见卧龙自然保护区）、蜂桶寨、喇叭河等7处大熊猫、金丝猴等自然保护区。酉阳、马边、平武等盆地边缘山地溪沟中的大鲵及长江、金沙江中的中华鲟、白鲟也为四川所特有，均属国家保护动物。
盆地有煤、铁、天然气、石油、盐、芒硝、石膏、磷、铝、硫及铜、锰、金、石墨、汞等矿产，其中天然气、芒硝为中国之冠，并有中国重要的锶矿。川中盐岩矿储量2亿～3亿吨。盆地区水力资源蕴藏量近0.5亿千瓦。工业集中，主要工业城市有重庆、成都、自贡、宜宾、内江、南充、泸州等。
盆地为中国著名农业区。紫色土分布面积14万平方千米，具中性或中性偏碱，富含磷、钾等矿物养分，质地适中，有较好的透水、通气性。土地利用率高达30%～40%，是中国最大的水稻、油菜子产区。蚕桑、柑橘、油桐、白蜡、五倍子、银耳、黄连等产量均居中国第一。
四川盆地可明显分为边缘山地和盆地底部两大部分。边缘山地多中山和低山。景观各要素过渡性明显，边缘山地区从下而上一般具有2～5个垂直自然分带。边缘山地是四川多种经济林木和用材林基地。
盆地底部多丘陵、低山和平原。气候属中亚热带，热量远比边缘山地为高，但降水量不及边缘山地。植被为人工的次生林木所代替，覆被率低，耕地连片，夏伏旱和洪涝是这一地区最大灾害。盆地底部又可分为成都平原、川中丘陵和川东平行岭谷三部分，三者以龙泉山和华蓥山为界。
四川盆地聚居着四川省、重庆市的绝大部分人口，是中国和世界上人口最稠密的地区之一，也是巴蜀文化的摇篮。
盆地内的主要城市有：重庆、成都、自贡、乐山、德阳、绵阳、资阳、内江、遂宁、泸州、宜宾、达州、南充、广安。
明末清初，由于连年战乱、尤其因为张献忠嗜杀无度（或谓满清在张献忠死后20多年的征服过程中大肆屠戮），历来富庶的四川盆地的人口几乎丧失殆尽，满清统治稳定下来之后，为了耕种肥沃的盆地，从湖广一带向四川盆地迁移了大量人口，是为“湖广填四川”，所以现今的四川盆地原住民，多为当年移民的后代。
在人口不断增长和持续地开发的过程中，四川盆地的水土流失和环境污染问题日益突出。