合肥地区处于燕山期断陷盆地之中，所见地层以中生界侏罗系以来地层为主。从老到新分述如下：
侏罗系上统，市区分布于杏花村以西至董铺水库一线，大致呈东西向延伸，西部较阔，东部较窄。主要岩性为砾长石、石英砂岩、中细中粗粒砂岩。此外，还夹有砾岩和薄层泥岩、粉砂岩。岩层产状：走向北西西，倾向北东，倾角20度左右。
白垩系下统分布于西北部，尤以南淝河上游以北分布面积较广。岩性为长石、石英细砂岩，夹有粉砂质泥岩和泥岩。岩层产状：走向北西西，倾向北东，倾角10度左右。
白垩系上统在合肥市有大面积的分布，主要在北部和西南部。岩性为中细粒砂岩，夹有薄层泥岩。大蜀山出露点的岩层产状为走向北西西，倾向北东，倾角8度。
下第三系古新统集中分布在东南部。岩性为粉细砂岩、粉砂质泥岩和泥岩。自西向东具有颗粒变细、泥质增多的趋势。
第四系上更新统主要分布在低岗地区，面积广大。厚度一般为10~30米。岩性下段主要为亚粘土、轻亚粘土或粉细砂层。上段主要为粘土，偶夹有亚粘土。
第四系全新统分布于南淝河及其支流的河谷平原，呈条带状展布。地层厚10~20米。岩性为粘土、亚粘土、轻亚粘土，夹有粉细砂。火山岩在合肥市有零星出露，其范围较小，主要沿断裂展布。其中，橄榄辉绿岩分布于大蜀山95~100米顶部，冲穿于上白垩系上统红砂岩之上，系火山岩颈。辉绿岩墙分布于环湖东路采石坑中，穿插在侏罗系上统砂岩内，近垂直状。这两个火山岩体均形成于第三纪始新世~上新世（距今5500~250万年）。
肥东低山丘为大淮阳地质延伸部分，太古界片麻岩、元古界磷片岩及震旦属变更岩裸露，燕山运动时侵入岩浆带来了丰富的矿藏，如铁、磷灰石、云母、白云岩、花岗岩、石棉、石英石等。
长丰北部舜耕山脉为寒武系——奥陶系地层，有灰岩、瓷土、大理石、石英砂岩等。
肥西大部分为大别山凹陷隆起余脉（西、中、北部）形成的低山丘陵，主要为沉积岩，如红砂岩、砾岩及大别山杂岩，出露及地下分布广泛。其东南沿巢湖系合肥凹陷之中生代地层（巢湖盆地）；西北部系大别山凹陷之淮河低台地，形成有小块平原。巢湖北、西岩平原，为近代冲积型地层。 合肥地处江淮丘陵，北起舜耕山，南至巢湖盆地周围，大部分地域岗冲起伏，垄畈相间。总的地势是中部高，南北低。江淮分水岭横贯中部（大别山余脉），自六安龙穴山进入肥西牛尾巴山，向东延伸，经大潜山、官亭、焦婆、大柏店、将军岭，至长丰山土山、吴山和肥东县中北部八斗岭、广兴一带高岗出境，进入定远县继续向东延伸。
自肥西小蜀山北三向庙，有江淮分水岭南侧的一个分支（古称“龙干”）延伸向东，经南三十里岗、大蜀山向市区延伸，形成合肥市区中间高、南北两侧低的局部地貌特征。江淮分水岭以南为长江水系，流域面积4316平方公里，地势由北向南（巢湖盆地周围）倾斜，沿巢湖一带形成冲积平原，地势平坦，土地肥沃，圩畈绵延。江淮分水岭以北为淮河水系，流域面积2950平方公里，地势由南向北倾斜，大部分为海拔高程30~50米台地，沿瓦埠湖、高塘湖周围有小块狭长的冲积平原。 合肥属亚热带湿润性季风气候。地处中纬度地带，位于江淮之间，全年气温冬寒夏热，春秋温和，属于暖温带向亚热带的过渡带气候类型，为亚热带湿润季风气候。年平均气温15.7度，降雨量近1000毫米，日照2100多个小时。
合肥的气候特点是：四季分明，气候温和、雨量适中、春温多变、秋高气爽、梅雨显著、夏雨集中。春天：冷暖空气活动频繁，常导致天气时晴时雨，乍暖乍寒，复杂多变。夏季：季节最长，天气炎热，雨量集中，降水强度大，雨量主要集中在5-6月的梅雨季节。秋季：季节最短，气温下降快，晴好天气多。冬季:天气较寒冷，雨雪天气少，晴朗天气多。 合肥市气候湿润，水系发育分别源于江淮分水岭两侧，或南流注长江，或北流入淮河。属长江流域的河流主要有南淝河、店埠河、丰乐河、派河等；湖泊主要有巢湖。属淮河流域水系的河流主要有东淝河、高塘河、庄墓河等；湖泊主要有瓦埠湖、高塘湖。兴修的有跨流域的淠杭灌溉河总干渠、滁河干渠、瓦东干渠等工程以及几十座水库和数千口塘坝。这些水流组成水网，为防洪、灌溉、供水、航运、养殖、旅游提供了有利条件。
地面广泛粘土覆盖，丘陵岗地渗透性较差，地下水比较贫乏。
