Волгоград находится на стыке 3-х природных равнинах: Приволжской возвышенности, Прикаспийской возвышенности и Ергеней. Граница между Приволжской возвышенности и Ергенями проводится на балке Отрадной. По геоморфологическим данным она проводится по естественному понижению от верховьев балки Соляной до реки Червленой. Таким образом, Приволжская возвышенность «опирается» на Волгу, а Ергени на Сарпинскую равнину. Максимальные отметки рельефа, 152-130м, находятся в западной части города у Самарского разъезда и Даргоры. Главный склон отделяет верхнюю террасу от нижней в интервале высот от 120 - 100 м до 45 м и имеет крутизну 8 – 12, с возрастающими вершинами от Мамаева Кургана и в южной части города. Хвалынская терраса имеет характерные элементы рельефа, на ней расположена нижняя часть города. К северу от балки Купоросной терраса имеет отметки +50...+30 и слабый уклон 1 - 3С к Волге. Она была выработана прибоем Хвалынского моря, имеет ширину до 2 км и заливами вдается в устьевые части Мокрой Мечетки и Царицы. В южных районах города терраса несколько снижена, перекрыта суглинками шоколадной глины, Красноармейская сливается с Прикаспийской низменностью. Между Бекетовкой и Красноармейском на поверхности террасы расположено понижение шириной 200 - 300 м, которое когда-то было одним рукавом Волги. Накапливающиеся грунтовые воды не имели оттока, что приводит к заболоченности и засоленности луговины. Характерной формой рельефа являются овраги и балки. В 30-е годы подсчитали, что общая длина их составляет не менее 450 км в пределах городской черты. В северной части города находятся бассейны Сухой и Мокрой Мечеток, глубина которых 38 м, склоны покрыты многочисленными оврагами и балками.
Территория Волгограда в геологическом отношении неоднородна. Характерными чертами являются: развитие с поверхности молодых (кайнозойских, морских, континентальных) разнородных тектонических структур, Приволжской моноклинали (правый берег Волги) и Прикаспийской впадины за Волжским. Суффозия комплексных осадков Волгограда представлена палеогеновыми, неогеновыми и четвертичными породами. Палеогеновые отложения подразделяются на Царицинскую, Мечеткинскую, Киевскую и Майкопскую свиты. Осадки Царицинской свиты, слагающие основание Волжского склона, представлены снизу вверх слоем темных слюдистых глин. Выше залегают кварцевые пески толщиной 0,3-0,4 м. Общая мощность свиты 30-35 м. Отложения Царицинской свиты можно наблюдать в береговом отрыве Волги, на Спартановке, у гостиницы «Турист», в Нижнем поселке Баррикадной, в Ельшанке. Вышележащая Мечеткинская свита слагает террасу и среднюю часть склонов возвышенностей (Даргора, Мамаев Курган), состоит из мелких песков оливково-зеленых глин. Общая часть свиты составляет 40 - 50 м. Киевская свита, представлена маломощным 6 - 8 м слоем глин. Майкопская свита слагает верхнюю часть склонов, она состоит из темно-серых слоистых глин и прослоями тонких песков, глины трещиноватые и в выветренном состоянии они рассыпаются на обломки, а во влажном сильно разбухают. Мощность глин 20 - 25 м к северу от балки Отрадной, а к югу до 90 м. вершина Мамаева Кургана, Даргоры, склоны Царицы и др. покрыты этими глинами. Неогеновые отложения представлены кварцевыми светлыми песками мощностью 7 м. направленное на вершину Мамаева Кургана, промытое русло засыпано песком. К югу от балки Отрадной основание песков опущено всюду до уровня Хвалынской террасы, они как губка впитывают атмосферную влагу, определяя большую сухость при поверхностных грунтах. Самый крупный Волжский сброс был обнаружен в долине Волги для изыскания места плотины ГЭС. По сбросу восточная часть на 200 м опущена относительно западной, что и объясняет правый Волгоградский и левый Волжский берегов Волги.
К четвертичным отложениям относятся желто-бурые суглинки, покрывавшие водоразделы и склоны, «шоколадные» глины с гравием и галькой в основании, слагающие аккумулятивную часть Хвалынской террасы, пески и глины Волго-Ахтубинской поймы. Четвертичные отложения можно наблюдать везде.