Địa chất đá phiến dầu là một nhánh của khoa học địa chất nghiên cứu về sự thành tạo và thành phần của đá phiến dầu– một loại đá trầm tích hạt mịn chứa kerogen, và thuộc nhóm nhiên liệu giàu chất hữu cơ.[1] Sự hình thành đá phiến dầu diễn ra trong nhiều kiểu môi trường trầm tích do đó thành phần của nó cũng có sự đa dạng. Các đá phiến dầu có thể được phân loại theo thành phần (khoáng vật cacbonat như canxit hoặc detrital cũng như thạch anh và sét) hoặc theo môi trường trầm tích (các hồ lớn, biển nông, và đầm phá/các hồ nhỏ). Hầu hết vật chất hữu cơ trong đá phiến dầu có nguồn gốc tảo, nhưng cũng có thể là xác của thực vật có mạch trên cạn. Có ba loại vật chất hữu cơ chính (maceral) trong đá phiến dầu là telalginit, lamalginit, và bituminit.[2] Một số mỏ đá phiến dầu cũng chứa kim loại như vanadi, kẽm, đồng, urani.[1][3]Hầu hết các mỏ đá phiến dầu được hình thành vào Cambrian giữa, Ordovician sớm và giữa, Devonian muộn, Jurassic muộn, và Paleogene do các loại tảo trong đầm lầy bị phủ bởi các trầm tích trẻ hơn, làm cho các vật chất hữu cơ được được bảo tồn và sau đó chuyển biến thành kerogen bởi quá trình diagenetic.[1][4] Các mỏ đá phiến dầu rộng lớn được tìm thấy ở các phần bị vùi lấp của các hồ lớn như hệ tầng Green River thuộc Wyoming và Utah, Hoa Kỳ. Các mỏ đá phiến dầu được thành tạo trong môi trường biển nông của thềm lục địa thường mỏng hơn nhiều so với môi trường hồ lớn.[5]