Расположена на правобережье реки Волга между городами Нижний Новгород и Казань на севере и городе Волгоград на юге.

В северной и восточной части обрывается крутыми склонами к Волге (ныне к Чебоксарскому, Куйбышевскому, Саратовскому, Волгоградскому водохранилищам); на западе полого спускается к Окско-Донской низменности; на юге сужается и переходит в возвышенность Ергени.

Наибольшая высота в Жигулевских горах (370 м). Водораздельные плато имеют двухъярусное строение, расчленены густой сетью речных долин, балок и оврагов. Более высокое (300–360 м) верхнее плато сохранилось от размыва в центральных частях основных междуречий. Нижнее плато (180–240 м), образованное в результате частичного разрушения верхней поверхности, имеет более широкое распространение.

Самые крупные реки: правые притоки Волги – Сура (длина 864 км), Свияга (402 км), Терешка (276 км) и левые притоки Дона – Медведица (692 км), Иловля (341 км).

Возвышенность образовалась в конце палеогена – начале неогена в результате тектонического поднятия, охватившего Ульяновско-Саратовский прогиб, в котором накапливались морские отложения юры, мела и палеогена (глины, песчаники, мел, трепела и диатомиты).

В северной части развиты пермские породы (известняки, доломиты, гипсы, мергели); северо-западная часть покрывалась четвертичным ледником. В Жигулях в бассейне реки Алатырь (левый приток Суры) и на правобережье Волги в районе поселка городского типа Камское Устье в гипсах и известняках пермской системы развит карст, в Ульяновском и Саратовском Приволжье в глинах юры и нижнего мела проявляются интенсивные оползневые процессы.

Северная половина Приволжской возвышенности входит в лесостепную зону с серыми лесными почвами, выщелоченными и оподзоленными черноземами, южная часть – в степную зону с типичными черноземами и каштановыми почвами.

Большая часть территории распахана. На севере местами сохранились широколиственные леса, на палеогеновых и четвертичных песках – сосновые леса.

Имеются месторождения нефти, битумов, горючих сланцев (Самарская область) и природного газа (Саратовская область), а также известняков, гипса, мела, глин и других строительных материалов. Северо-восточная часть возвышенности площадью 12,6 тысяч км2 находится на территории РТ, образуя отдельный физико-географический район – Предволжье.