Delstaten menar att oljebolagen, Exxon, Shell, BP, Conoco Phillips och Chevron har vilselett allmänheten genom att ha spelat ner riskerna med fossila utsläpp, enligt en stämningsansökan som lämnats in till en domstol i San Francisco, skriver New York Times.
Bolagen har orsakat skador för tiotals miljarder dollar, enligt stämningen.
Kalifornien vill också att det inrättas en fond som ska betala för framtida klimatrelaterade katastrofer.