Приволжская возвышенность тянется вдоль правого берега Волги от Горького до Сталинграда. Она полого спускается к Окско-Донской низине и круто, иногда уступами, обрывается к долине Волги.
В северной части Приволжской возвышенности, где ее окаймляет широтный отрезок Волги, преобладающими являются высоты 150 — 180 м. По направлению к югу они начинают увеличиваться и на широте Ульяновска достигают во многих местах 200 м, а южнее — в верховьях Суры, а также в Жигулях — отдельные возвышенности превышают уже 300 м. Их площади увеличиваются к верховьям Медведицы. Наивысшая точка Приволжской возвышенности — 384 м — расположена в Хвалынских горах, в непосредственной близости от берега Волги. Почти аналогичные высоты (370 м) имеются в Жигулевских горах, в Гуссельском кряже севернее Камышина (379 м) . К югу от Камышина Приволжская возвышенность постепенно снижается, и у Сталинграда основной фон создают поверхности с высотами в 125—130 м. Ширина Приволжской возвышенности в северной ее части значительно больше, чем в южной. На широте Жигулей с востока на запад она тянется более чем на 500 км, в то время как у Сталинграда ее ширина не превышает 60 км.
По Приволжской возвышенности проходит Волжско-Донской водораздел. В северной части возвышенности водораздельная линия отстоит далеко от Волги — западнее Суры. В южной части она подходит к реке почти вплотную, так что волжский склон и донской оказываются развитыми чрезвычайно неодинаково.
На Приволжской возвышенности берут начало или протекают такие крупные реки, как Сура, Свияга, Мокша, Хопер, Медведица, Иловля и ряд более мелких. Приволжскую возвышенность, особенно волжский ее склон, рассекают многочисленные балки и овраги, создавая сильную пересеченность местности
В основании Приволжской возвышенности лежат разные тектонические структуры. Вся северная территория возвышенности соответствует западной, наиболее приподнятой части Волго-Уральского свода, где наивысшие отметки кристаллического фундамента (минус 802 м) расположены в верховьях р. Мокши (Токмово) . Южная часть Приволжской возвышенности создалась на пологом склоне Воронежской антеклизы, где кристаллический фундамент опускается в восточном направлении от абсолютных отметок в минус 800 м до минус 2600 м. Волго-Уральский свод и Воронежская антеклиза разделены неглубокой и узкой Саратовско-Рязанской синеклизой, вытянутой в северо-западном направлении от Саратова к Рязани.
Наиболее древние породы, выходящие отдельными пятнами на поверхность Приволжской возвышенности, относят к каменноугольному возрасту. В верхней своей части они представлены известняками, которые глубже сменяются песчано-глинистыми и снова известняковыми отложениями. Наиболее мощные выходы известняков известны в районе Жигулей, где они обнажены в крутом обрыве правого берега Волги.
В пермский период море отступило и только северная часть Приволжской возвышенности оказалась покрытой перемещающимися морскими и лагунно-дельтовыми отложениями. Они представлены то известняками, то пестроцвстной толщей, где в вертикальном и в горизонтальном направлениях сменяют друг друга мергели, глины, пески, доломиты и известняки.