En 1816  J.B. d'Omalius d'Halloy publie une carte qui montre pour la première fois les auréoles du Jurassique, Crétacé et Tertaire du Bassin de Paris.  Elle comporte en marge la première coupe synthétique jamais publiée de ce bassin.

La coupe de P. Lemoine (1911) ci-dessous montre clairement la disposition en "cuvettes concentriques" des  grandes assises successives qui forment le Bassin Parisien. Il estimait alors la profondeur au centre du bassin à  plus de 1 000 m. P. Lemoine fut l'un des premiers à intégrer les données tirées des sondages profonds en vue d'établir une synthèse géologique du Bassin de Paris.
 
 

Cette même image de cuvettes emboitées est encore utilisée en 1950 par R. Abrard qui donne la valeur de 1750 m environ pour la profondeur du socle.
 

Mais à partir des années 55-60 se développent les recherches pétrolières qui vont apporter des données nouvelles, tirées des sondages profonds et des méthodes géophysiques : meilleure connaissance du socle et de la couverture sédimentaire ; mouvements tectoniques et déformations... Mais si la structure du Bassin Parisien se précise,  la disposition en "pile d'assiettes" (le Lias, le Dogger, le Malm, le Crétacé inférieur, le Crétacé supérieur et le Tertiaire) est encore restée longtemps présente dans les esprits des géologues, ainsi que l'atteste cette coupe classique, publiée par Pomerol (1974).
 

Ces dernières années, l'exploration du Bassin Parisien s'est poursuivie : recherches appliquées mais aussi avec des objectifs uniquement scientifiques telles que le programme ECORS (Etude de la croûte continentale et océanique par réflexion et réfraction sismique) ou le programme GPF (Géologie profonde de la France). La corrélation de nombreuses données de puits, via des méthodes de datations très fines et par la stratigraphie séquentielle, et l'imagerie sismique permettent aujourd'hui d'aboutir à une meilleure connaissance de la géométrie d'ensemble du bassin,  beaucoup plus complexe que celle imaginée antérieurement.
 
 

La modélisatisation numérique (GoCad), basée sur l'interpolation de données de puits, corrélées par la biostratigraphie et la stratigraphie séquentielle, permet de donner une représentation du remplissage sédimentaire du bassin en 3D.