Рельеф Поволжья в целом равнинный с общим падением высот с севера на юг к Каспийскому морю.
Природные условия Поволжья определяются не только географическим положением района, но и самой Волгой. Правобережье, вплоть до Волгограда, занято Приволжской возвышенностью, сильно расчлененной оврагами и балками и во многих местах обрывающейся кручами к реке. Максимальной высоты в 370 м над уровнем моря Приволжская возвышенность достигает в Жигулёвском кряже, расположенном в излучине («луке») Волги напротив города Самары.
Жигули обрываются к Волге необычайно живописным крутым склоном, испещренным оврагами и ущельями разными долинами (буераками) и усеянным причудливым скоплением меловых и известняковых ребристых скал. Из-за большой крутизны склонов Жигули со стороны Волги выглядят настоящим горным хребтом, протянувшимся вдоль правого берега на 75 км. О многих вершинах Жигулей (Лысой горе, утесе Шелудяк и других) издавна слагались легенды и предания. Длительное время Жигули были излюбленным местом волжских разбойников. Здесь сохранились уникальные ландшафты с лиственными лесами, каменистыми степями и участками горных сосняков со множеством реликтовых видов, занесенных в Красную книгу. Не случайно в этом районе образованы Жигулевский заповедник и национальный парк Самарская Лука.
Левый берег Волги (Низкое Заволжье) на протяжении многих десятков километров занимают ее плоские надпойменные террасы. От лежащей южнее Прикаспийской низменности эти равнины отделяются холмистыми увалами — сыртами, слагающими возвышенность Общий Сырт, уходящую далеко на восток в Западное Приуралье. С запада Прикаспийскую низменность окаймляет возвышенность Ергени. У подножия ее крутого восточного склона, расчлененного густой сетью балок, протянулась цепочка пресноводных Сарпинских озер.
Положение на востоке — юго-востоке Русской равнины и вытянутость района сказываются и на климате. Климат здесь континентальный со значительными колебаниями температур.
В Поволжье, особенно в его заволжской части, случаются частые засухи, губительные для сельского хозяйства.
Волга служит и местным климатическим рубежом. Так, на правобережной по отношению к Волге территории зима умеренно холодная и относительно многоснежная. За Волгой, в левобережной части она холодная и малоснежная.