تتغير طبوغرافية مدينة الرياض بين التلال والأودية، فتنحدر من منسوب 1010 متر بالشمال الغربي إلى منسوب 500 متر في الجنوب الشرقي وتصرف السيول في واديين هما وادي السلي الذي يقع شرق مدينة الرياض، ووادي حنيفة ويقع غرب المدينة. تقع مدينة الرياض على هضبة رسوبية، يصل ارتفاعها إلى نحو 600 متر فوق مستوى سطح البحر في الجزء الشرقي من هضبة نجد، وتحوي على عدة تكوينات وأهمها تكوين الجبيلة الواقع في غرب المدينة ويتكون من صخور جيرية دقيقة وتكوين العرب ويظهر منكشف على امتداد 10 كلم والواقع في الشمال الغربي إلى الجنوب الشرقي ويتكون من الصخور الكلسية وصخور البريشيا والصخور الجيرية في الجزء الأعلى من التكوين. أبرز المعالم التضاريسية
للمدينة هي الأودية وأهمها وادي حنيفة الذي يخترق المدينة من الشمال الغربي إلى الجنوب الشرقي والذي يبلغ طول مجراه حوالي 120 كم، بالإضافة إلى حافة هيت وهي عبارة عن مرتفعات تمتد بخط متعرج من جنوب شرقي المدينة إلى شرقها وشمالها الشرقي ويبلغ أقصى ارتفاع لها نحو 700 متر فوق مستوى سطح البحر وحافة طويق تمتد في وسط هضبة نجد على شكل قوس من الجنوب الغربي إلى الشمال الشرقي ثم إلى الشمال الغربي بطول 1100 كم ونفود المعيزيلة وهي كثبان رملية تقع شمال المدينة وتزداد كثافة الكثبان باتجاه الشمال حيث تتصل برمال بنبان.
تقع الرياض في وسط شبه الجزيرة العربية، وفي وسط المملكة العربية السعودية على خط (38 - 34) درجة شمالاً وخط طول (43 - 46) درجة شرقاً، وارتفاع حوالي 600 متر فوق سطح البحر. تقع في الجزء الشرقي لقلب شبه الجزيرة العربية، بالتحديد في وسط شبه الجزيرة العربية على هضبة رسوبية في الجزء الشرقي من هضبة نجد. في 1370 هـ أزيل السور (المبني من اللبن والطين) الذي أمر ببنائه عبد العزيز بن عبد الرحمن بعد سيطرته على مدينة الرياض وبدأت المدينة بالاتساع حتى بلغت مساحتها 5.961 كم 1434 هـ.
تعتمد المدينة على مصدرين لتوفير المياه، وهي المصادر الطبيعية تشمل المياه السطحية المأخوذة من آبار وادي نساخ والبالغ عددها 11 بئر، والمياه الجوفية من آبار الرياض في كل من الملز والشميسي ومنفوحه والآبار المستعجلة، ويصل عددها إلى 41 بئر. وآبار حقل صلبوخ (23) بئر، وآبار حقل بويب (22) بئر، التي تنتج مجتمعة 350 متر مكعب يوميا. وحقل آبار سعد (41) بئر، إضافة إلى وادي نمار الذي يعتبر أقدم مصادر المياه لمدينة الرياض، وحقل الوسيع الذي يحتوي على 62 بئر تزود الرياض بـ200 ألف متر مكعب يوميا، وآبار حقل الحني البالغ عددها 65 بئرًا، وتنتج 350 ألف متر مكعب من المياه يوميًا.
وتتم تنقية مياه الآبار عبر ثمان محطات لتنقية المياه، يبلغ متوسط إنتاجها في اليوم 930 ألف متر مكعب. والمصدر الثاني والأهم في المرحلة المعاصرة تحلية المياه المالحة من محطة الجبيل الثانية للتحلية بالقرب من الخليج العربي، بطاقة إنتاجية قصوى تبلغ 830,000 متر مكعب يوميا، تبلغ حصة مدينة الرياض منها حوالي 765,000 متر مكعب يوميا. تضخ المياه المحلاة عبر 3 خطوط من الأنابيب بقطر 1.500 ملم وطول 446 كم لكل منها بواسطة ستة محطات ضخ موزعة على طول الخط.
ثم تخلط المياه المحلاة مع مياه محطة الوسيع في ستة خزانات أرضية (تبلغ سعتها الإجمالية 300,000 م3) ويوجد خزانان أرضيان للطوارئ بطاقة إجمالية قدرها 3,000,000 م3. وتتزود الرياض بالمياه المحلاة أيضًا عبر محطة تحلية رأس الخير التي بدأ إنتاج وضخ المياه المحلاة منها في عام 2014، حيث تصل المياه للرياض عبر خطين من الأنابيب قطرهما 1.800 ملم. وقد أنشأ لها 6 خزانات، كل منها بطاقة 500.000 متر مكعب، لخلط مياه آبار الوسيع والحني بمياه التحلية.