长沙位于湘江和浏阳河交汇的河谷阶地，周围为地势较高的山丘，可谓“环城皆山也”，其地形属于盆地，习称之湘浏盆地，亦称长沙盆地、长浏盆地或长平盆地。经过数十万年来的地质变化和大自然的侵蚀，湘浏盆地形成了3个较为明显的地貌特徵。　第一，南高北低。在地质史上，中国大陆由于受菲律宾板块向西北的挤压，在华中和华南部分地区曾产生活动性断裂，湖南的地层也曾发生过间歇性掀斜式的升降运动，南部地层抬升量较大，向北逐渐减少，至洞庭湖区地层反而下降，因此形成长沙南高北低的地势，城南的金盆岭、豹子岭一带，海拔均高于100米，而城北的湘、浏二水交汇处，海拔不超过30米，与北面的洞庭湖平原衔接。湘浏盆地南高北低，成为湘中丘陵与洞庭湖平原的过渡地带。
第二，丘涧交错。湘浏盆地为湘中丘陵与洞庭湖平原的过渡地带，为我国东南丘陵中的一个断陷盆地，其中自然保存着丘陵地貌的部分特徵。盆地南起昭山，根据山岭作西南——东北走向，偏西从河西靳江流域，经湘江东岸现长沙市区向北至捞刀河，转而偏东沿浏阳河至浏阳、平江县境，成长条状分布。在此範围内，沿湘江和浏阳河西侧经长期风雨侵蚀和流水沖刷，发育成较宽阔面平坦的沖积阶地，地质工作者根据标高和岩石风化程度等，将此範围内的阶地分为七级，第一级为湘、浏水交汇的河滩，阶面比高为71—81米。在各级阶地上仍有岗丘起伏，溪涧纵横，现城区範围内在古代就有不少通湘江的溪、涧，如城南的南湖港曾经过沙河街南门口一带直能到城东，城内现凡有带桥名的地方，如西湖桥、文星桥、培元桥等过去均有河水贯通，在今五一中路的省二轻厅院内，50年代曾经挖出过唐代木船，二轻厅正北面的蝴蝶大厦在基建现场清理出10多米深均是淤泥，可见这一带在唐代尚是河涧。此盆地内，虽然千万年以来，施自然之造化，尽人办之所为，但丘涧纵横的原始地貌遗痕至今依然比比可见。
第三，红岩白沙。湘浏盆地的地质结构，可考察者均为第四纪沉积物，年代约在300万年到1万年之间。这里的山丘、河谷经过地层的断裂、掀斜升降等运动，以及自然的风化、流水的沖刷等外力的作用，多处出现 岩壁立，断岸垣横，河滩溪畔沙石裸陈，揭示了其原始的地质结构。地质工作者选择部分较为典型的裸露地层，做了地层的取样分析，有属于一级阶地的水陆洲组，属于二级阶地的马王堆组，属于三级阶地的白沙井组，属于四级阶地的新开铺组及属于五级阶地的洞井铺组等，取得了大量的地质资料。可知长沙的地质结构主要由砂砾岩、粉砂岩、砂岩、砾岩及板岩等岩层组成，最上层则多为网纹红土。由于这些岩石均由铁质、钙质和泥质胶结，颜色多呈红色或紫红色，因此该盆地习称为红岩盆地或简称红盆。而地层的砂岩和砂砾岩中组成成分则以石英为主，颗粒较大，颜色灰白。长沙的上述地质结构的特点，早就为人们所注意，南朝宋庾仲雍所蓍《湘中记》中就称讚长沙“白沙如霜雪，赤壁似朝霞。”
由于湘浏盆地地貌具有以上特点，特别是其处于从丘陵向平原的过渡地带，使得这一範围内地貌变化，多姿多彩。
西侧为低山区。盆地西侧止于河西岳麓山，山势中部高，南北低，碧虚岭海拔296米，为岳麓山最高峰。山前有天马山、凤凰山大小岗丘罗列。山后有桃花岭、金牛岭等丛峦叠翠，群山混然一体，形成长沙的屏障，人们誉为“碧幛屏开，秀如琢玉。”据唐《元和郡县誌》，岳麓山“盖衡山之足也，故以麓名。”因此，历来认其为南岳七十二峰之最后一峰，名流雅士多有吟咏，如清罗源汉《游岳麓》诗云：“千里望衡先望麓，相将七二数云寰。”由于岳麓山山体为砂岩、砂砾岩、板岩等较坚硬的岩层组成，抗风化力强，故能保持低山地貌，四周断裂处经长期的侵蚀，逐渐形成沟壑、溪谷，使山体更显巍峨耸立，从白鹤泉至爱晚亭一线为一横向断裂带，发育成谷地，地下水沿断层汇向低谷，而有白鹤、青枫诸名泉形成，大自然的鬼斧神工，营造出了名誉宇内的岳麓山自然景观。
西北侧分布着元古代震旦纪后期的浅变质岩和板岩组成的丘陵，海拔一般在100米左右。由于有的地层岩质坚硬，自然力剥蚀作用缓慢，形成了数座孤峰矗立，点缀于低缓丘陵之中。滨临湘江西岸的谷山，海拔361米，谷山之西有尖山，因其山呈圆锥形，又名圭峰，海拔247米。《明一统志》谓其“巍然一峰，秀出天表。”清人陈士松咏尖山诗云：“突兀卓平芜，高标寒翠孤。雨收百里净，日落一峰扶。”再西北有乌山，海拔278米，据《图书集成·职方典》：“四时有乌哺其上，故名。”其山怪石嶙峋，旧有乌山八景及寺院庙宇。清代宁乡籍学者王文清《乌山》诗有“日落寒烟归寺院，天空宿雾恋山河”句，以形容其巍峨深远。
东北侧为花岗岩低山丘陵地带。此处山体多以云母花岗岩构成，地表发育的土壤多为沙土和黄砂土，山势均较陡峭，山脊多不相连，高者海拔达500余米。湘江东岸的鹅羊山，高仅海拔140米，但因其庄落平野，使人感觉突兀矗立。据《明一统志》载：“山多奇石，或踞或立，状若鹅羊，故名。”相传其为道家福地，旧有鹅羊八景及寺观。鹅羊山东北有黑麋峰，距长沙约30公里，海拔591米，在唐代名洞阳山，山上有洞阳寺，树木葱郁，景色宜人，历代为旅游胜地。再东北有影珠山、天华山、飘风山、明月大山等均为风景秀丽、有历代名胜见于典籍的名山。尤其明月大山海拔659米，为长沙附近第一高山。清人张拱辰有《登明月山》诗云：“俯视群峰小，苍苍映夕晖。”
东侧和东南侧为红岩丘岗。主要以红砂岩和砂砾岩构成的小山组成的丘陵，海拔一般100米左右。这些小山丘岩质较鬆散，易于风化成红岩岗地。但亦有个别因岩基坚硬，虽久经剥蚀，仍耸立于红岩丘岗之中，如鹤立鸡群。有名的如罗洋山，位于烈士公园北端，其东面受浏阳河切削，悬崖壁立，为城东一景。据《清一统志》载：“罗洋山一名大富山，峰峦秀拔，水流环带，为一县之胜境。”唐代韩愈《罗洋山》诗云：
“绕廓青山一座佳，登高满袖贮烟霞。星沙景物湛凝眺，遍地桑林遍囿花。”
现烈士公园民谷村建侗族古楼于其山，其景致更胜当年。由于东和东南侧的山岗地势较高，且距市较近，因此在古代多利用作城市和防御据点。
盆地中心为沿江的沖积阶地，是长沙城市主要建设地带，其地层主要是第四纪更新世的沖积性网纹红土和砂砾。北起湘、浏二水交汇的新河三角洲第一级台地，海拔约30米，高出湘江常年水位约10米。至今五一广场黄兴路一带为第二级台地，高出湘江常年水位约30米，长沙古城主要分布在这一级台地。随着城市建设的发展，现在第六级、第七级阶地逐步建设成为新城区了。
湘浏盆地地貌的形成，是古代地质运动的结果，早在地质时代的元古代震旦纪时，此地还在一个广阔的古海槽之中，沉积着最古老的岩层——浅海碎屑岩，这些沉积物曾在银盆岭至荣湾镇一带的断层暴露出来。后来经过雪峰运动和加里东运动，江南古陆地隆起。到中生代三迭纪的印支运动，湖南各地受到扭曲、断裂、褶皱等作用，使海水全部退出，东北——西南走向排列的山地、拗陷槽谷出现雏形。中生代侏罗纪的燕山运动后，本地区地层断裂拗陷逐渐演变为山间盆地，奠定了湘浏盆地的基础骨架。盆地内堆积的白垩——第三纪砂砾岩层，在当时乾燥炎热的条件下，成为红色岩层。后来在第三纪末到第四纪的新构造运动中，湖南发生了间歇性掀斜式抬升运动，湖南抬升量大，造成了湘浏盆地南高北低，并使盆地内河谷阶地形成梯级展布，地表起伏幅度也随之增大，出现低山、丘岗、平原的多种地貌。至第四纪初，地球气候变冷，出现冰期，丘岗崩塌，岩石碎屑堆积于河床之中，因而形成白沙井砾石层。后来经过间冰期的湿热气候及长期的风化、淋沥作用，在砾石层上，覆盖着白斑网纹红土。因此，三、四纪之交的新构造运动和第四纪气候的变化，是本地区地貌发育的基本原因，地质时代的地壳运动和自然界的外力相互作用，形成了本地区千姿百态的地貌。
远古的地质构造运动，为人类诞生以后的社会发展创造了重要的客观条件。湘浏盆地内沉积物中，储存着丰富的矿产资源。长沙地区蕴藏的矿产种类繁多，特别是非金属矿独具特色。现已探明可供开採利用的矿产有40多种。浏阳永和磷矿闻名国；浏阳菊花石举世罕见；浏阳海泡石储量全国第一；宁乡煤炭坝的烟煤，以热量大而着称。望城丁字湾的花岗石和坪塘的石灰石都是十分重要的建筑材料；铜官的陶泥在唐代就创製出为中国陶瓷史树立了里程碑的釉下彩瓷器。
湘浏盆地岗峦起伏，淫谷纵横，缓坡阶地，土肥水美，为发展农业提供了理想的条件，长沙产的水鱼，早在西周时就作为贡品到了中原。柑桔、茶叶、油茶、油桐等经济作物亦久有盛名，南朝鲍照有《咏桔》诗云：
“桔生湘水侧，菲陋人莫传，逢君金华华宴，得在玉几前。”
长沙的粮食作物，7000年以前的南 遗址中已有稻壳遗物；据《史纪·越王勾践世家》载：“雠、庞、长沙，楚之粟也。”说明长沙在春秋战国时已成为楚国的粮仓。
由于盆地内阶是由崩塌的砂岩与粘土构成，地层中也孔隙多，有较好的含水层，地下水源丰富，古代长沙居民均饮用泉水，清澈甘冽，四时不竭，城中水井比比皆是，着名的有白鹤泉、白沙井、鸳鸯井、长怀井等，其中长怀井为西汉贾谊所凿，至今已2000多年历史。在五一广场一带，考古工作者还曾经挖出数十眼战国时代的水井。由于其地表为粘土砂砾层，且岩基结构坚硬，承压力较强，一般每平方米可承压2.5至3万公斤。最大的每平方米可承压5万公斤，适宜于建设高层。
大自然造化了湘浏盆地，湘浏盆地又孕育了古城长沙，地形地貌作为城市生存和发展的重要的自然条件，在今后的现代化城市的建设中还将发挥无限的潜力。