Природные условия в различных районах Поволжья не одинаковы. Волга разделяет его на две части: возвышенное Правобережье и относительно низкое Левобережье. Приподнятый берег Волги – это край Приволжской возвышенности, которая южнее Волгограда переходит в плато Ергени. Рельеф большей части территории района удобен для размещения промышленных площадок, прокладки транспортных линий, жилищного строительства. Мощные толщи осадочных пород, наиболее древние из которых – отложения девонского и каменноугольного возраста, содержат разнообразные полезные ископаемые.
Климат Поволжья континентальный. В связи с большим меридиональным протяжением внутри района в нем наблюдаются значительные различия. Средняя температура января в Казани -13,6 °С, в дельте Волги -6 °С. Июльские температуры для тех же мест составляют 20 и 25 °С.
Осадки убывают с севера на юг и с запада на восток. Они изменяются от 550 мм на северо-западе района до 300 мм на западных склонах Ергеней. Минимальное количество осадков приходится на Прикаспийскую низменность – 250-170 мм в год. Характерная особенность Нижнего Поволжья, особенно его заволжской части, – господство антициклонов, приводящих к сильным засухам.
Поволжье расположено в нескольких природных зонах. Северная его часть – в зоне хвойных и смешанных лесов и подзолистых почв. Правобережье вплоть до параллели г. Вольска занято лесостепью. На левом берегу лесостепь переходит в степь к югу от Самарской Луки, т. е. на 150- 200 км севернее, чем на Правобережье. Почвы лесостепи серые оподзоленные на севере, тучные черноземы на юге. Для степи характерны темно-каштановые почвы, обыкновенные и южные черноземы. Прикаспийская низменность занята полупустыней, где растительность представлена полынью, злаками, солянками. Почвы здесь солонцеватые светло-каштановые в комплексе с солонцами. Оазисом выделяется в полупустынной зоне Волго-Ахтубинская пойма с плодородными аллювиальными почвами, пойменными лесами и лугами.