Тянется широкой (120-180 км) полосой более чем на 500 км, от низовий реки Кама на севере до Прикаспийской низменности на юге. На западе ограничена Куйбышевским и Саратовским водохранилищем, на востоке – склонами возвышенностей Высокого Заволжья (Бугульминско-Белебеевской возвышенностью, Общего Сырта). Преобладающие высоты 100-160 м.

Административно охватывает территорию РТ (в пределах Западного Закамья), часть Ульяновской, Самарской и Саратовской областей. Жигулевскими горами в районе Самарской Луки (излучина Волги на участке Тольятти-Самара-Сызрань) Заволжская низменность разделена на северную часть, приуроченную к Мелекесской впадине, и южную – к Бузулукской впадине. Сложена речными, озерными, эоловыми и морскими (каспийскими) отложениями неогеновой и четвертичной систем.

Широко развиты четвертичные покровные глины и суглинки. Местами на поверхность выходят верхнепермские глины, мергели, песчаники, доломиты.

Рельеф неглубокорасчлененный, пологосклонный, со слабо развитой овражной сетью (в северной части до 0,1 км/км2).

Основные реки – левые притоки Волги, в северной части Актай, Бездна, Утка, Большой и Малый Черемшан, Кондурча, в южной – Чапаевка, Чагра, Большой и Малый Иргиз. Питание рек смешанное, с преобладанием снегового.

Климат умеренно континентальный (средняя температура января от -12 до -14°С, июля 20-22°С); по сравнению с Приволжской возвышенностью менее влажный. Количество атмосферных осадков убывает с 450-500 мм на севере до 250-350 мм на юге. Часты суховеи и засухи.

Выделяют 2 почвенные зоны, которые совпадают с зонами растительности. Северная часть низменности расположена в зоне лесостепи, где наряду с серыми лесными почвами распространены оподзоленные и выщелоченные черноземы (леса сохранились отдельными участками), южная часть – преимущественно в степной зоне с типичными и обыкновенными черноземами, большая часть которых распахана. Развито земледелие.

Животный мир представлен лесными (волк, лось, заяц-беляк, белка, выхухоль и другие), лесостепными (суслик рыжеватый, хомячок Эверсмана) и степными (суслик малый, еж ушастый, пищуха малая, лисица-корсак и другие) видами.