盖层以寒武纪、奥陶纪地层为主,淄博盆地、沂源盆地、鲁村盆地内发育石炭纪、二叠纪及中生代的沉积。济阳坳陷区完全被第四纪地层覆盖。境内岩浆岩分布较广,前寒武纪变质岩浆岩分布于市区南部的基底岩系中,中生代燕山期岩浆岩分布于中北部的断裂交汇或褶皱发育区。淄博市地势南高北低,南部及东西两翼山峦起伏,中部低陷向北倾伏,南北高差千余米。以胶济铁路为界,以南大部分为山区、丘陵,岩溶地貌发育;以北大部分为山前冲积平原和黄泛平原,土地平坦肥沃。北部有黄河、小清河流经,发源于市域内的河流有沂河、淄河、孝妇河等。山区、丘陵、平原面积分别占市域面积的42.0%、29.9%和28.1%。淄博市地处暖温带,属半湿润半干旱的大陆性气候(温带季风气候),多年平均降水量650毫米,年平均气温12.5℃~14.2℃,年平均日照时数为2209.3~2523.0小时,年平均无霜期190~210天。河流淄博市河流均为雨源型河流。主要有沂河水系的沂河,大汶河水系的新汶河、汶河、牛角河,弥河水系的三岔河,小清河水系的淄河、孝妇河、乌河、猪龙河、涝淄河;此外还有支脉河水系的支脉河、北支新河。黄河与小清河为过境河流。超过10公里的大小河流共78条,平均河流密度0.295公里/平方公里。湖泊淄博市主要有马踏湖、锦秋湖、青沙湖、大芦湖4个湖泊,湖区面积13926.8公顷。其中马踏湖、锦秋湖、青沙湖皆分布在桓台东北、西北部,处于鲁山北麓山前冲积平原和黄泛平原迭交地带。