Размеры 200–250 км, амплитуда по различным горизонтам 300–600 м.

По кровле кристаллического фундамента в границах Мелекесской впадинывыделяют западную часть погребенного Серноводско-Абдуллинского рифейского авлакогена и Алькеевско-Пичкасский грабен. В зоне авлакогена фундамент залегает на глубине 3000–3500 м и более. Бортовые части Мелекесской впадины осложнены ступенеобразными опусканиями (по глубинным разломам) и локальными выступами, северо-западный опущенный участок заполнен древними рифейскими отложениями.

В верхних горизонтах (по кровле терригенного девона) Мелекесская впадина выполаживается. По поверхности турнейского яруса карбона ее строение усложняется за счет влияния Камско-Кинельской системы прогибов и рифовых комплексов на ее бортах. Вверх по геологическому разрезу по кровле верхнего карбона и нижней перми в пределах Мелекесской впадины выделяют 3 тектонических элемента – восточного и западного борта, центральную часть, осложненные структурными ступенчатыми зонами, валами и локальными поднятиями.

В четвертичный период центральная опущенная зона сместилась к западу, в современную долину Волги. На восточном борту Мелекесской впадины выявлены месторождения нефти, в том числе сверхвязкой, в основном в девонских и реже в каменноугольных отложениях, наиболее крупное – Нурлатское и Енорускинское. В вышележащих отложениях установлены месторождения полезных ископаемых – гипса, мраморного оникса, битумов, бентонитов, кирпичных и керамзитовых глин, известняков, доломитов, угля и других.