沉积学（sedimentology）是在沉积岩石学基础上发展起来的。“沉积学”这一术语最早由特罗布里奇1925年提出。“沉积学”曾被认为只是对沉积岩的薄片研究，针对这一说法，1932年沃德尔提出，“沉积学”是研究沉积物的学科，它研究沉积物的来源、沉积条件、沉积环境、沉积作用及沉积物转变为沉积岩的一系列复杂的成岩作用变化。“沉积岩石学”虽然也包括对现代沉积物特征和成因的研究，但更侧重于岩石研究，虽然对宏观岩石学同样予以重视，但更多立足于显微镜和电子显微镜下的室内研究。因此，“沉积岩石学”和“沉积学”的研究内容是相互渗透和不可分割的，同时又存在不同的分工。
20世纪50年代至80年代，由于石油工业发展的推动，广泛开展了现代沉积研究。新技术、新方法的应用，相关学科新成就的引进和渗透，以及大量的水槽实验工作，使沉积学得到全面飞速发展。该阶段，沉积学研究内容主要包括：沉积岩成因、沉积环境分析、沉积作用机理、沉积模式及其与环境、矿产、水文、工程等领域之间的关系。
20世纪80年代至今，由于高新技术的发展和应用以及各学科间的相互渗透，沉积学家逐渐认识到，地质记录中存在各种规模不一、在纵向上呈规律分布、侧向上可进行大陆内或大陆间以及全球范围追踪或对比的沉积旋回（韵律）事件。对它们的研究通常要超越专业或学科的界限，要跨越一个或多个国家的范围，于是提出了“全球沉积地质计划（GSGP）”，成立了专门性的学科组织“全球沉积地质委员会（GSGC）”。同时，通过该计划两个试点项目的实施，相继建立了全球沉积岩、全球沉积相、全球地层、全球古地理、全球事件、全球矿产资源等全球性概念，从而使沉积学的发展发生根本性变化，进入到沉积地质学的发展阶段。该阶段研究的主要特点是：强调古气候在沉积记录中的意义；注重沉积记录的全球同时性研究；强调各种事件在沉积作用中的意义；注重矿产资源分布的全球同时性或全球成因特征的研究；研究兴趣从地球本身转向地球外部世界；强调全球海平面变化在沉积记录中的作用；注重多学科的相互渗透和综合研究。
沉积岩是地壳表层分布最广泛的一类岩石，不仅蕴藏着丰富的煤、石油与天然气、水以及金属、非金属和建筑材料等人类赖以生存的大部分资源，而且还记载了约30亿年的地球上的水圈、生物圈和大气圈演化历史的信息。因此，要了解地壳与生命演化的历史，查明各种资源赋存的条件与分布规律，揭示人类生存环境变化与发展的趋势，必须研究沉积岩的形成条件和原始的沉积环境。
沉积学研究主要是在第二次世界大战之后，随着石油工业的迅速发展而发展起来的。20世纪是沉积学的发展时期，突出成就集中反映在两个方面：一是通过对现代沉积物和古代沉积岩的研究，建立了一系列相模式；二是沉积作用与大地构造关系的研究。相模式有助于人们认识相与环境的复杂关系；板块构造理论的出现，则为沉积相大范围的展布和古地理变迁的解释提供了新的思维模式。层序地层学、旋回地层学和事件地层学的出现，又为全球岩相古地理研究和沉积作用与环境细节的鉴别提供了新的思路和方法。1986年，国际地科联沉积地质委员会关于“全球沉积地质计划”的提出，对此后岩相古地理的发展产生了巨大的推动作用。
随着第二次世界大战的结束，由于发展国民经济对矿产资源的需求，沉积学在欧美国家发展迅速，在此期间，出版了大量相关的总结性专著和专业刊物，充分反映了沉积岩岩石学的研究水平。如裴蒂庄的《沉积岩》，1975年已发行第三版，并译成中文；布拉特、米德顿和穆雷合著的《沉积岩成因》（1972），对沉积物的成因，特别是物理和化学沉积作用的机制和过程做了精辟的叙述；德国学者赖内克与印度学者辛格合著的《陆源碎屑沉积环境》（1979），从沉积构造出发来探讨沉积环境，亦已译成中文；英国学者里丁主编的《沉积相与沉积环境》（1978）、美国学者弗里德曼与桑德斯合著的《沉积学原理》（1978）、威尔逊著的《地质历史中的碳酸盐相》（1975），也是很重要的著作，反映了现代沉积学的水平。应该特别提出的是奎宁和米格利奥里尼于1950年发表的《浊流与形成递变层理的原因》，开辟了浊流研究的新篇章。其后，荷兰的鲍马在奎宁指导下研究了浊流及复理石沉积物，提出了浊流沉积的特征，即“鲍马层序”，并与布劳威尔合著了《浊积岩》一书，对浊积岩的研究具有一定的指导意义。由希曾提出的等深流（contour current）沉积和凯林提出的风暴岩（tempestite）沉积，被认为是继浊流沉积之后沉积学领域中的另一重大发现。迪金森著的《板块构造与沉积作用》一书，则是从板块构造理论出发进行沉积作用与沉积盆地方面的研究，这是板块构造与沉积作用相结合的一本代表性著作。
目前，沉积学方面的专业性刊物有《Journal of Sedimentary Petrology》（译为《沉积岩石学杂志》）（1931年，美国）、《Лнтолрия и Полезые Ископаемые》（译为《沉积岩石学和沉积矿产》）（1963，苏联）、《Sedimentary Geology》（译为《沉积地质学》）（1962，荷兰）、《Sedimentology》（译为《沉积学》）（1963，美国）、《Clay Mineral》（译为《黏土矿物》）（英国）、《Clay and Clay Mineral》（译为《黏土和黏土矿物》）（美国）。此外，荷兰的爱思唯尔（Elsevier）出版公司出版发行的《沉积学的进展》专集（已出版40卷），是沉积学方面的重要系列书籍。
我国近代沉积岩石学的研究起步较晚，作为一门独立学科，相关研究工作是在新中国成立以后才发展起来的。新中国成立后，随着国民经济对能源、资源的需求，石油、煤、金属与非金属沉积矿产的大规模勘探、开发及研究工作相继开展，沉积岩石学与地质学的其他分支学科一样，也得到了极大的发展。例如，20世纪提出的“陆相潮湿坳陷生油”理论，对指导以后的油气勘探工作起到了极为重要的作用；我国对黄土的研究工作成绩显著，特别是黄土的类型及层序的划分、古气候层的发现等都引起了国际同行的关注；20世纪总结的中国外生矿床的形成演化规律，提出的“含矿岩系”“含矿周期”“成矿系列”等概念和假说，在矿床研究及普查找矿工作中起到了重要的指导作用；海洋沉积的研究亦取得不少历史性的进展。总之，沉积岩岩石学和沉积学的研究出现了欣欣向荣、百花争艳的局面。为了促进我国沉积学的发展，1979年中国矿物岩石地球化学学会和中国地质学会共同成立了沉积学会，并于当年11月在北京召开了第一届沉积学学术会议，对沉积相、沉积环境和沉积建造，沉积矿床的形成条件和形成规律，沉积岩分类，沉积矿物学，现代沉积，有机地球化学等研究领域进行了大规模、广泛的学术交流。随后又相继召开了碎屑岩、碳酸盐岩、黏土岩、现代沉积等方面的专门学术会议，《沉积学报》于1983年创刊，并结合能源、资源、环境、灾害等方面的研究，为我国地质学的发展和国民经济建设做出了贡献。