تنقسم منطقة الرياض جيولوجيًا إلى قسمين رئيسين هما: الدرع العربي في الغرب، والرف العربي في الشرق. ويتألف الدرع العربي من الصخور النارية والمتحولة. وأما الرف العربي فيتألف من مجموعة مختلفة من الصخور الرسوبية والتكوينات الجيولوجية التي ترسبت على هيئة طبقات رسوبية مائلة ميلاً خفيفًا نحو الشرق والشمال الشرقي؛ ولهذا فإنَّ سماكة الرواسب تزداد تدريجيًا بالاتجاه نفسه. وقد تعرضت منطقة الرياض لحركات أرضية باطنية نتج منها ظاهرات سطحية مثل: الأخاديد، والأحواض، والصدوع  

 

 

إن الدرع العربي هو الأساس الذي بُنيت عليه الطبقات الرسوبية، ويتكوَّنُ بشكل رئيس من صخور جوفية (بلوتونية) قبل كمبرية، ومجماتيكية، ومتحولة، إلى جانب بعض هضاب البازلت من الزمن الثالث، وقد استقر هذا الدرع منذ العصر الكمبري  

 

وبعد العصر الكمبري " تكوَّن سهل تحاتي كبير ضم بعض الجبال المنفردة (Inselbergs)، وأصابت التعرية معظم هذا الدرع منذ الزمن الباليوزوي الوسيط حتى الزمن الثالث الوسيط، ليصير كتلة منخفضة التضاريس قريبة من مستوى سطح البحر، وقد تمخض عن تكوُّن البحر الأحمر في الزمن الثالث ارتفاع في الدرع لا يزال مستمرًا، وتأثر بهذه العملية نظام الصرف، فالمصارف العميقة الضيقة التي تتحكم فيها بنية الأرض تتدفق خلال هذه الجروف شديدة الانحدار "  

 

فالأودية التي تنحدر من الدرع العربي وتجري غربًا قد لا يتعدى طولها 120كم إلى البحر الأحمر، ولكن على العكس منها الأودية التي تجري إلى الشرق والشمال الشرقي التي قد يصل مدى مجراها إلى أكثر من 1200كم، ومن أمثلتها: وادي الرُّمَة، ووَادِي الدَّوَاسِر 

 

ويشغل الدرع العربي القسم الغربي من منطقة الرياض، وهو جزء من نجد العليا (عالية نجد)، وتشكل مساحته نحو 35% من مساحة منطقة الرياض، ويبدأ تقريبًا من نفود الشقيقة في الشمال إلى جبال الوجيد في الجنوب. ويمتاز الدرع العربي بصلابته وتماسكه، وقد تعرض خلال العصور الجيولوجية المختلفة لحركات واضطرابات باطنية، ولعوامل التعرية المختلفة ما أدى إلى شكله الحالي. ويرتفع الدرع العربي في الاتجاه نحو الغرب، ويراوح ارتفاعه بين 650 و 1000م فوق مستوى سطح البحر، ويتكون من مجموعة من السهول، كما تبرز نتوءات صخرية مثل: جبال النير، وجبال الزيدي، وجبال القهرة، وتغطي الرمال الأراضي المنخفضة من الدرع العربي. ويقطع الدرعَ العربي عددٌ من الأودية التي تنحدر نحو الأراضي المنخفضة في الشمال والشرق والجنوب، وقد تكونت هذه الأودية خلال الفترات المطيرة التي مرت بها الجزيرة العربية، ومنها: وادي الرشاء، ووادي الركا، ووادي الدواسر  

 

 

يقع الرف العربي إلى الشرق من الدرع العربي، حيث يشكل ثلثي شبه جزيرة العرب على وجه التقريب، فعلى هذه القاعدة شبه السهلية تقع سلسلة من الصخور الرسوبية القارية التي توجد فيها مياه جوفية ضحلة أوعميقة، ويميل الرف العربي كله ميلاً خفيفًا نحو الأحواض المجاورة  .  وفي وسط شبه الجزيرة العربية نجد طبقات الزمن الأول والزمن الثاني والزمن الثالث المنخفضة تظهر على شكل حزام منحنٍ عظيم يتاخم الدرع العربي، وتسود الطبيعة هنا سلسلة من الحافات المواجهة لجهة الغرب تُسمَّى كويستات (Cuestas)، في حين تميل الأحواض ميلاً خفيفًا ثابتًا نحو الخليج العربي فإن بعض الأحواض يتأثر بشكل القاعدة السفلية  

 

ويشغل الرف العربي الجزء الشرقي من هضبة نجد من نفود السر ونفود الدحي  في الغرب إلى رمال الدهناء  شرقًا، وقد كانت مياه البحر الكبير تثس (Tethys) فيما قبل الكمبري تغطي الجزء الشرقي من هضبة نجد. ويتألف الرف العربي الرسوبي من مجموعة مختلفة من التكوينات الجيولوجية ترسَّبت خلال الأزمنة والعصور الجيولوجية المختلفة نتيجة لانحسار مياه البحر، ويزداد سمك هذه التكوينات كلما اتجهنا شرقًا من الدرع العربي نحو الخليج العربي