关于其形成，早为国内外地质工作者们所重视，但是众说纷纭，颇不一致。因为在古代沙漠沉积中是很多的，但是现代沙漠中却非常少。但红层的形成需要如下几个条件：

1.适宜的古地貌条件。红层为碎屑岩沉积，需要有接受沉积的古沉积盆地和沉积物源，沉积盆地多为内陆盆地，也有少量的海滨及海相沉积，物源则指周围山地提供丰富的岩石风化物。

2.适宜的古气候条件。红层形成于干燥炎热的古气候环境条件下，一方面岩石风化作用强烈，可以提供丰富的物源，另一方面岩石氧化作用强烈，可以形成红层的红色外观。有一点是肯定的，红色往往与岩层中的某些化学成分有关。

红层是地质学家们注意得最早的岩层之一，它广泛地分布于世界各地，从前寒武纪到现代的各个地质时期，几乎都有红层的堆积，只是某些地质时期显得非常丰富，如泥盆纪。除少数的红层是个例外，大部分红层均由非海相的陆源碎屑沉积物构成。

红层可出露于不同的岩层序列当中，可以和蒸发岩形成互层，也可以出露在煤系地层中，蒸发岩和煤系地层，显然是不同气候带的沉积产物，因此红层的成因不可能是由于某种单一的气候原因，过去对红层成因的争论，问题就出在成因是多样的。在红层中一般很难找到化石，但是脊椎动物的化石则多产自红层，这一方面证实了红层多是陆相沉积，可能同时也表明：红层大多数是在氧化比较激烈的条件下形成的。

也许受了某些文献的偏见所影响，加之红层和盐类矿物常常是区域性的共生，使之在通常在地质工作人员的心目中，不自觉地总是把红层视为干燥气候条件下的产物。事实上在干旱沙漠地带，最突出的颜色是暗褐色和淡黄色，而不是红色。对世界各地的红壤研究后也表明：红色的土壤产于温暖潮湿的气候条件之下。研究已经确认，岩屑来源区的气候情况决定着沉积物最初是否呈红颜色，而沉积盆地的自然条件又决定了是否能保存住红的颜色，看来仅仅是红颜色的本身，不能作为炎热干燥气候的标志。