宝鸡地质构造复杂,东、西、南、北、中的地貌差异大,具有南、西、北三面环山,以渭河为中轴向东拓展,呈尖角开口槽形的特点。山、川、原兼备,以山地、丘陵为主(山地占总面积56%;丘陵占26.5%;川原占17.5%),呈“六山一水三分田”之势。
南部秦岭,属褶皱断块山。在6亿年前的元古代震旦纪,这里是一片汪洋大海,经过古生代的加里东运动、海面运动和中生代的印支运动,大海消失,为北部加里东褶皱带、南部海西褶皱带和中部印支褶皱带组成的近东西走向的纬向山脉取而代之。主要岩石为古老的变质岩、灰岩和白云岩;中生代(末期)的燕山运动奠定了现代秦岭山地地貌的基础,并有大规模的升降和岩浆侵入活动,使整个断块山呈北仰南俯之势,北坡陡峻,河流深切,多峡谷、瀑布、急流;南坡平缓,河流受岩性和地质构造的控制,狭谷与宽谷相间出现;山间断陷形成的太白、凤县盆地转化为河谷的组成部分;凤县盆地沉积了侏罗纪、白垩纪、第三纪地层和第四纪松散堆积物,其上覆盖黄土或次生黄土;太白盆地有厚层的第四纪松散堆积物。新生代的喜马拉雅运动,秦岭断块再度抬升,巍峨险峻,峰峦重迭,横亘于渭河与汉水之间,平均海拔约2000米,山脊上的主要山峰自西而东有透马驹(2739米)、庙王山(2361米)、药材湾梁(2470米)、代王山(2598米)、玉皇山(2819米)、冻山(2584米)、青峰山(2242米)、鳌山(3476米)、太白梁(3524米)、太白山(3767米)等,形成我国南北自然景观的天然分界线。主体位于太白县的秦岭主峰—太白山,海拔3767米,是我国大陆东部的最高山峰,以高、寒、险、奇闻名于世,是科研、教育实习、登山运动、旅游的重要基地。
北部北山,泛指渭河以北的山地。其构造属鄂尔多斯台向斜的南缘。北山南坡与渭河新生代断陷带的界限不如秦岭北坡明显,为隐伏断裂接触。主要地层为奥陶纪灰岩,震旦纪、寒武纪、二迭纪、三迭纪、侏罗纪和白垩纪等地层亦有零星出露。北山是一系列由西北向东南延伸的山地,至岐山后转为北东向的弧状低山、丘陵,呈断续状分布,起伏平缓。其西段称千山,千山余脉经老爷岭向东延至麟游县的两亭乡后分为两支,北支称页岭,东西走向,起伏和缓,顶面较狭窄,被流水切割,沟谷交错,较大河流(谷地)发育有两级阶地;南支称凤山和岐山,向东延展,起伏较大,峰顶多为浑圆状。北山除岐山、千阳岭为石质山地外,其它山地均被厚薄不等的黄土覆盖,呈低山、丘陵状。主要山岭有千阳岭(1487米)、老爷岭(1678米)、岐山(1594米)、东崛山(1675米)、崛山梁(1627米)、石臼山(1539米)、瓦罐岭(1579米)等,构成千阳河与达溪河(泾水支流)的分水岭。
西部关山。属陇山从甘肃省向东延伸的部分,海拔1500~2200米,主峰关山,海拔2428米,地势西北高而东南低,是渭河与千阳河的分水岭。
中部渭河平原。为鄂尔多斯台地与秦岭褶皱带之间的过渡地带,以深大断裂与南北二山接触,属新生代汾渭内陆断陷的组成部分,是渭河复式地堑的西段。基地构造复杂,具有南深北浅、东深西浅,呈阶梯状不对称的块状断陷分布。这些断块构成的隆起和凹陷,为本地区现代地貌奠定了基础,隆起地带为黄土塬,凹陷地区为河谷平原或秦岭山前洪积扇,使渭河两侧形成了层状地貌结构,依次为河漫滩、河流阶地、洪积扇裙、黄土台塬、山地。境内的渭河平原地势平坦,自西向东敞开,西端的宝鸡峡南北宽仅百余米,东部扶(风)眉(县)境宽达50公里,呈喇叭状,扶风县的揉谷乡北石村海拔438米,是本地区的最低点。