Der Großteil des Stadtgebietes liegt am westlichen Rand des Wiener Beckens, das hier einen terrassenartigen Übergang zu den Höhen des Wienerwaldes schafft. Das Wiener Becken ist eine im Tertiär etwa 5000 m tief eingebrochene Zone, die vom damals große Teile Ostösterreichs bedeckenden Meer überflutet und mit Sedimenten aufgefüllt wurde. An den Bruchflächen verläuft die Thermenlinie; an dieser treten mineralisierte warme Quellen auf (Baden, Bad Vöslau). Bruchsysteme im Untergrund sind die Ursache für die - heute vielfach ausgeförderten - größten Erdöl- und Erdgasfelder Mitteleuropas im Stadtgebiet von Wien (Aderklaa, Süßenbrunn, Oberlaa, Kagran). Nach Südwesten erstreckt sich die Stadt auf den Wienerwald, der zu den östlichen Ausläufern der Ostalpen zählt. Die anschließenden Nördlichen Kalkalpen bauen Rax- und Schneeberg auf. Von dort bezieht die österreichische Hauptstadt einen Großteil ihres Trinkwassers (1. Wiener Hochquellenleitung). Im Süden und Südosten wird das Wiener Becken umrahmt vom Kristallin des Semmering und der Buckligen Welt, das sich bis zum Rosalien- und Leithagebirge fortsetzt. Die Eiszeiten hatten eine indirekte Auswirkung auf den Raum Wien. Gleichzeitig mit den Schmelzwässern wurde der eiszeitliche Schutt hertransportiert. Durch nachfolgende Erosion wurden die Ablagerungen im Verlauf der Warm- und Kaltzeiten treppenartig ausgeschürft. Die tiefstgelegene und damit jüngste der Terrassen ist die Praterterrasse - hier schnitt die Donau nach der letzten Kaltzeit ihre Mäander ein. Aus dem abgelagerten Moränenschutt des eiszeitlichen Vorfeldes legte sich der vom Wind ausgeblasene, staubfeine Sand über den Untergrund und bildet so den fruchtbaren Boden (Löß) für den traditionellen Weinbau.