Bồn địa Tứ Xuyên gồm có các vùng đồi thấp và đồng bằng phù sa, một số dòng sông chính chảy vào Trường Giang, dòng sông chảy qua phần phía nam của bồn địa. Trường Giang, chảy từ bồn địa Tứ Xuyên sang Hoa Đông, qua Tam Hiệp tại Vu Hiệp. Đứt gãy Long Môn Sơn, nguyên nhân gây nên Động đất Tứ Xuyên năm 2008 chạy dọc theo ranh giới phía tây của bồn địa, phân tách bồn địa với cao nguyên Thanh-Tạng ở phía tây. Thời tiết ở bồn địa Tứ Xuyên ẩm ướt và thường u ám, khí hậu bốn mùa chi phối nơi đây, với một mùa đông mát và ôn hòa, thỉnh thoảng có sương giá, và một mùa hè nóng và rất ẩm.