灞桥区以渭河冲积平原为主，具有山、坡、川、滩、塬的多样性地貌特征，包括三个类型区，其中北部为渭河冲积平原区，东部为低山丘陵区，东南部为台塬区。
白鹿塬区域地质构造属于渭河断陷形成的阶梯式下降复式地堑，阶地台塬沟堑内以砂孵石、砾石及土状堆积物为主，并有丰厚的新生代沉积。台塬上区地形平缓，地势北高南低，以农业用地为主，地形由南向北依次递减至沟沿，沟顶海拔600m～750m，沟底海拔160m～600m之间，长度约3公里，坡度约30°左右，地面切割成的沟谷长度约为1000～2000m/km2。土壤类型以黄垩土、白垩土、褐色土以及少量的红色土，有机质丰富，保墒性能好，但是透气性差。灞桥区内鲸鱼沟（亦称荆峪沟）为当地自然名胜，沟首自蓝田县安岱场村，沟尾至灞桥区高桥乡，总长度约15公里。此地沟壑纷歧、溪流曲折、翠竹丛生、鸟语花香、景色宜人。
塬上植物以小麦、玉米、豆类等农作物以及蔬菜、瓜果、药材等经济作物。沟坡上部的坡阶地生长着枣子、石榴、杏子等；沟坡下部为成片生长的竹林和竹树混合林，间生核桃、杏树等杂果林和次生林；支沟内生长有酸枣、刺槐、灌木等次生林及花草。沟坡的林木茂盛，植被覆盖状况良好。
沟坡内的动物资源主要有麋鹿、野兔、野猪、野牛、野鸡、喜鹊、黑头鹤、麻雀等。“八水绕长安，灞桥据其三”，灞桥区内灞、浐、渭三河交汇常流，流长60公里，流域面积170多平方公里。其中，渭河在区内流长约10公里，流域面积10.4平方公里；灞河在境内流长约34公里，流域面积125平方公里；浐河在区内流长约11公里，流域面积40平方公里。区内浐、灞、渭三水是西安市水源地之一，年过境客水总量达64.02亿立方米，加上1.8亿立方米的地下水储量，累计65.82亿立方米的水资源总量，开发利用前景广阔。
