宜昌市地理环境复杂多样，地质构造较为复杂，距今18亿年前的元古界到距今百万年前的新生界之间的各个地质时代的地层均有分布，且发育完整，出露齐全。世界著名地质学家李四光在考察了三峡地区地质地貌后，完成《李四光地质力学构造形迹》而成为一代宗师，引起世界地质学界深厚兴趣的保持最古老而原始的带壳动物化石，即发现于市内的西陵峡。地层是中国南方标准地层区之一，出露的许多典型地质剖面在中外地质领域享有盛名。李四光教授1924年建立的三峡震旦系剖面，创立了震旦系这一地层单位，为国际地质界所认同；黄花场奥陶系剖面地层发育完整，化石丰富齐全，被认为是中国奥陶系的典型剖面；王家湾奥陶系与志留系界线剖面，是国际上已知的3个最好的这种剖面之一。宜昌市城区无大断层通过，地壳相对稳定，无孕震构造。据1600多年的记载，城区地震烈度未超过5度。宜昌市位于扬子江淮地台的西部，地质构造总的轮廓是，地域内中、北部为黄陵背斜，东边有当阳盆地，西边为秭归盆地，南边为长阳背斜、仁和坪向斜，西南边为五峰向斜，西北边为神农架背斜，北侧为台缘褶皱带。从地质力学角度看，为新华夏系一级构造第三隆起带南段与淮阳山字型构造体系的复合部位。

宜昌市地形比较复杂，高低相差悬殊。西部山地占全市总面积的69%，主要分布在兴山、秭归、长阳、五峰县和夷陵区的西部，大部分山脉在海拔千米左右。不少山脉海拔高度在2000米以上。兴山县仙女山海拔2427米，为全市最高峰。山区有许多峡谷，有的雄奇险峻，悬崖峭壁，高耸入云；有的幽深秀丽，曲折迂回。长江、清江、香溪河、黄柏河流域都有这种峡谷，举世闻名的长江三峡之一的西陵峡就是其中之一。中部丘陵处于山地与平原的过渡地带，由低山或坡度较缓、连绵不断的高阶地经长期风化、剥蚀和切割而成，海拔100米～500米，坡度5度～25度，占总面积的21%，分布在远安、宜都、夷陵的东部和当阳北部。东部平原位于江汉平原西缘，海拔在100米以下，枝江的杨林湖海拔35米，为全市的最低点。占总面积的10%，分布在枝江、当阳东南部、城区东南部和宜都、远安沿长江、清江下游两岸、沮漳河流域谷地两侧。此外，全市岩溶地形较多，主要分布在五峰、长阳、兴山秭归、宜都等山地、丘陵。岩溶地形多种多样，有不少地方山奇、石美、洞异、水秀，是旅游的好地方。