江宁境内地质条件十分复杂。常态地貌有低山、丘陵、岗地、平原和盆地，其中丘陵岗地面积最大。地势南北高而中间低，形同“马鞍”。境内有大小山丘400个，主要山峰有东北部的青龙山、黄龙山、汤山、孔山等，海拔约300米，是宁镇山脉主体；西南部的横山、云台山、天马山、莺子山等，海拔多在250米～350米，多系茅山余脉；中部的牛首山、方山等，海拔200米～243米。
江宁区地形呈马鞍状，两头高，中间低，地势开阔，山川秀丽，山体高度都在海拔400米以下（下文所有涉及高程的都指海拔高），属典型的丘陵、平原地貌。常态地形有低山丘陵、岗地、平原等，众多河流、水库散步其间。
低山丘陵：江宁境内低山丘陵面积约30570公顷，有近400座低山不均匀地分部在各街道内，可分为东北与西南两大片区。东北片区山脉主体呈北东走向，自汤山往东转为近东西走向，山势连绵，山坡陡峭，组成山体的岩石多数为古生界地层，中生界地层较少。岩石褶皱、断裂发育，并见有火成岩侵入体出露。山体属宁镇山脉的西延部分。西南片区山势雄伟，峰峦挺拔，但组成山体的岩石年龄普片晚于东北片区，属中、新生界陆相沉积地层，其中一些山脉完全为火山喷发堆积而成。
由于常年风化剥蚀，有些山体逐年变矮，形成缓坡地，有些形成山前堆积层、丘地或山坳。低山丘陵区几乎都被植被覆盖，有常绿针叶林，落叶阔叶林，竹林，乔、灌木混杂林，人工茶林或荒草地。
汤山：汤山位于汤山集镇西，沪宁高速公路南侧。山体长轴方向呈北东东向，延长达5公里，短轴方向最宽处可达1.5公里，最高峰称团子尖，高292.3米。山体由寒武系中上统厚层白云岩和奥陶系下统厚层灰岩、灰质白云岩等岩石组成。这里在地质构造上为一穹窿状短轴背斜，团子尖正好位于该背斜核部。汤山东、西两端都蕴藏有丰富的地热资源，都已被开发利用。汤山山体北坡还陆续发现几个溶洞，其中“葫芦洞”面积约300平方米，因1993年在洞内发现古人类颅骨和一枚牙齿化石而名气大增，现已开发成旅游景点。
孔山：古名雁门山。宋《景定建康志》记载：“山势连亘，类北地雁门，因名”。唐李白诗“绿水向雁门”，即指此山。孔山位于汤山街道古泉行政村正北方，主峰高341.9米，其北面是轰隆山，高169.5米，南面连土地山，高238.9米，东面连西貌头山，高266.4米，西面是排山，高126.8米。孔山出露一套较为完整的古生代地层，曾是华东、华中地区一些大、专院校相关专业的野外实习基地。该山出露的优质石灰石资源，是重要的化工原料和制水泥的原材料，正被开采利用。
青龙山：青龙山位于江宁东北部。地跨东山、汤山两街道。唐李白有“青龙见朝墩”诗句，即描述此山。又名青山，《南唐书》载，“后主李煜猎青山”。山呈北东走向，与黄龙山平行延伸，长达14公里，200米以上的山峰有20个，最高峰高277米。山体为泥盆、石炭、二迭、三迭系灰岩、泥质灰岩、砂岩、泥页岩等组成。青龙、黄龙两山间的坳地为质地较软的泥页岩经长期风化剥蚀形成。优质石灰岩主要产于黄龙山及青龙山的北东端，薄煤层产于二迭系上统龙潭组砂岩泥页岩夹层中。
祖堂山：祖堂山位于谷里街道祖堂行政村北。古名幽栖山，因南朝大明三年（459）建有幽栖寺而得名。唐贞观初，法融：（赖融）禅师在这里得道，成为佛教牛头宗第一祖师，山也因此更名祖堂山，又名花岩山。该山总面积约360公顷。主峰芙蓉峰，高255.9米，山体多为侏罗系火山角砾岩、沉凝灰岩、集块岩、角闪安山岩等组成。山西南麓，新中国初曾发掘了距今千年的南唐先、中二主陵墓，即南唐二陵。祖堂山西南山腰，还蕴藏有高岭土矿。
吉山：吉山位于东善桥集镇西2公里处，主峰高235.2米。山体岩石全由闪长玢岩组成，为超浅层火山岩侵入体。闪长玢岩顶部发现一大型贫磁铁矿床，与磁铁矿共生的还有钠长石矿。
牛首山：牛首山位于谷里街道祖堂山正北，跨雨花台区铁心桥。古称牛头山，双峰东西相对，状似牛头而得名（西峰因采矿而残缺不全）。又名天阙山。山体总面积约500公顷，主峰高242.8米。山体由侏罗系辉石安山岩、火山角砾岩、沉凝灰岩等组成。旧时此山名胜古迹较多，有著名的古刹宏觉寺。由于此山古代盛产松、竹、茶（名天阙茶）、兰，尤其是暮春季节，桃花盛开，满山春兰和杜鹃花，加以松竹掩映，景色绝佳，所以明清以来素有“春牛首”之称。
云台山：云台山位于江宁西南的横溪街道。 此山因古有云台寺而得名。山体呈北东走向，总面积约720公顷，主峰高319.1米。山势巍峨，山体由三迭系黄马青组砂岩和侏罗系闪长玢岩等组成。山东南有云台山硫铁矿及云台山抗日烈士墓。宋《景定建康志》引《六朝记》云：“云台山北有大石，如卧鼓、中空，可坐数十人，其高九尺，上有小石，吴时呼为石鼓”，今已无存。云台山南2公里是母鸡山，山高273.4米，该山亦蕴藏有丰富的硫铁矿资源。
横山：横山位于苏皖二省的江宁、溧水、当涂三地交界处，在江宁的横溪、铜山南境。横山又名横望山、衡山。据《太平府志》载：“春秋楚子重伐吴，至衡山即此，四望皆横，故名。”又据《当涂县志》称“左氏传作衡山，衡横通用也。”主峰因呈拱形，太阳一出即可照到，所以得名太阳拱，俗称拖船壑，面积约1835公顷。山体石质为侏罗系西横山组砂岩等。山由62条大小山岭组成，苍翠亘天，横列若屏障。山上盛产竹木、药材，野兽野禽。现山区建有国有林场，从50年代起开始造林，森林覆盖面已达80%。
方山：方山位于江宁中部，秦淮河东岸。山体呈方形，孤绝耸立，山顶远视平坦，故称方山。又似一枚方印，也称天印山。总面积约650公顷，高208.6米，山体石质多为第三系橄栏玄武岩、集块岩和火山角砾岩。是南京地区著名的死火山。是晚第三纪上新世喜马拉雅山期岩浆活动的产物。一个回旋，两次喷发，形成两套玄武岩。火山口及颈部充填了辉绿玢岩。火山岩下部为中生界白垩系赤山组细砂岩，是很好的铸型用砂材料。2007年12月，方山被省地质公园评审委员会正式评审为省级地质公园。
土山：土山位于东山集镇北，秦淮河东岸。总面积约30公顷，高62.1米。山体由侏罗系象山群砂岩及砾岩组成。据《丹阳志》记载，东晋太元中太傅（宰相）谢安，仿旧隐会稽东山，在此土山营楼建馆，竹林甚盛。世称小东山，也叫东山。又据史志记载，谢安曾和谢玄在东山决策，取得“淝水之战”的胜利。清代东山曾是“金陵四十景”之一，名“东山秋月”。1983年被命名为东山公园。
黄土岗地：黄土岗地主要分布于南北低山丘陵之间，面积约81610公顷。地势呈残丘缓岗，岗地地表起伏显著，高10～40米。长、宽1至数公里不等，几乎为第四系黄色粘土覆盖，俗称黄土岗地。岗顶平缓，岗间梯田展布，自上而下，田面逐渐增大成扇状。
沿河平原：沿秦淮河、七乡河、九乡河等中下游两岸和长江岸边呈带状分布。总面积约45206公顷。 秦淮河平原位于江宁中部，包括湖熟、淳化、东山、秣陵、禄口、谷里等街道，面积约30700余公顷。平原大部分地势平坦，高6～8米。其中偶见有孤独低山出露，如方山、尚义山等。沿江平原主要分布在江宁西部的沿江地带。地处长江天然堤与东侧或南侧丘陵岗地间，呈带状分布或呈孤岛显露在长江中，地势平坦，高程多在5米以下，最低处仅2.2米。沿江平原区的成土和耕作较迟，一般在数百与数十年内，其内田园规划整齐，渠道交织。平原区是农作物的主要种植区。 境内河道主要有秦淮河和长江两大水系。秦淮河为区境最长的河流，位于境内中部，纵贯南北，经南京市雨花台区入江，支流密布，灌溉江宁区一半以上的农田。境内西部濒临长江，江岸线长22.5公里，水面3667公顷。流入长江的主要干流有便民河、九乡河、七乡河、江宁河、牧龙河、铜井河等。境内主要湖泊有百家湖、杨柳湖、西湖、白鹭湖、南山湖、甘泉湖等。
江宁西北部濒临长江，境内河水多数为西北流向，入长江。河流分为3个小水系。第一，青龙山、汤山以北，牛首山、天台山以西，分别为便民河、九乡河、七乡河、板桥河、江宁河、牧龙河、铜井河等，是流入长江的沿江水系。第二，介于青龙山、汤山、牛首山、天台山、横山之间的，为秦淮河水系，向西北经秦淮河入长江。第三，天台山、横山诸山以南，包括原小丹阳部分地区，水流为东南流向，流入石臼湖，即石臼湖水系。
长江：长江自江宁西部经过，流经江宁境内共长22公里，水面达3666.67公顷。长江水资源丰富，对江宁经济建设以及人民生活关系极大。沿江有和尚港、铜井河口、新济洲、仙人矶等码头可停泊船只。秦淮新河在长江边建的节制闸可以排涝，可以提水抗旱，对江宁区一半以上农田旱涝保收起着关键作用。江宁已在长江边建成日产30万吨自来水提水工程，保证向江宁城区充分供应工业、生活用水。
秦淮河：秦淮河本名龙藏浦，汉代起称淮水。李白《留别金陵诸公》诗中，有“六代更霸王，遗迹见都城。至今秦淮间，礼乐秀群英”的诗句，出现了“秦淮”河名。秦淮河为江宁境内最大河流，纵贯南北，支流密布，灌溉江宁区农田3.47万公顷，占江宁区农田面积一半以上。这条河有两个源头：东源句容河，出自句容城北30公里的宝华山，汇集赤山湖水之后，进入江宁区湖熟街道，到西北村与南源汇合。南源溧水河，来自溧水区东南10公里的东芦山，经溧水和江宁的铜山、禄口、秣陵、龙都等地，两源在西北村汇合后，再绕方山的南西两面，转西北流至东山、河定桥，经秦淮新河流入长江。两主流河长110公里，在江宁境内长约80.5公里，是秦淮河的主要河道。在江宁的主要支流有汤水河、索墅河、解溪河、云台山河、牛首山河，总长共167.8公里。秦淮新河是1975～1979年，从东山附近的河定桥至南京郊区的金胜村入江处开挖的一条全长18公里、河面宽130～200米，行洪800立米/秒的人工泄洪河。在河口建有节制闸，用于排洪、抗旱和航运。
七乡河：源头在江宁境内的汤山、孔山。旧时因流经孟塘、孟北等七乡，得名七乡河。该河在汤山境内先呈东西流向，后折而北流，经南京市栖霞区摄山乡的漳桥、西渡流入长江。在江宁境内长约11公里，为汤山街道重要泄洪和灌溉河道。
九乡河：源头在江宁区汤山街道，北经南京市栖霞区石埠桥注入长江。这条河相传秦代开凿，古称琐石溪，下游是明代重要运粮运石水道，又名运粮河。新中国前，该河主要为九个乡镇数万亩农田排灌所用，故改名九乡河。全长约10公里，江宁境内长约6公里，除泄洪、灌溉外，下游还是运输石料的主要水道。
板桥河：源头在牛首、吉山等山，在南京市雨花台区大胜关附近入江。全长15公里，在江宁境内长约3公里。旧称板桥浦，1910年更为现名。因河身窄淤，仅供两岸灌溉用。
江宁河：古称南浦，也称江宁浦，源头在安徽天马、萝卜山和江宁境内的娘娘山、杨家山，在江宁街道河口附近注入长江。江宁境内长约15公里，灌溉江宁约4666.67公顷农田，自江宁集镇以下段，夏季可通船。
牧龙河：古称牧龙浦。宋《景定建康志》称：“旧有香木浮其上，土人迎之以建亭，曰木龙亭”。后“木”讹传成“牧”，才有今名。源自铜井经牧龙镇入长江。全长约4公里。
铜井河：源头在铜井集镇，向西流入长江。全长2.8公里。
水库：江宁境内水库大小有几十个，较大一些的有赵村水库、红星水库、公塘水库、谷里水库、百家湖、东焦水库、佘村水库、黄龙埝水库、谭山水库、汤山水库、安基山水库等。多数水库对防洪抗旱、农田灌溉、水产品养殖、人民生活用水起着重要作用，少量水库还开发成风景区，成为旅游观光景点。 江宁区脊椎动物有290种，主要分为家禽家畜、野兽、鸟类、爬行动物、鱼类、昆虫等。珍贵动物有中华鲟、扬子鳄、獐、獾、穿山甲、龟、鳖、刀鱼、鲥鱼、鳗鱼等，其中中华鲟、扬子鳄属国家一类保护动物。江宁区有木本植物和药用植物1000种，较珍贵的有雪松、柏树、银杏、枫树、金桂、银桂、榉树，明党参、夏枯草、板兰根、桔梗、苍术、百部、柴胡、女贞子等。