本市属扬子准台地，各时代地层发育较为完整。前震旦系为变质岩，构成本市基底；震旦系至第四系以沉积岩为主，组成盖层；印支期至燕山早期地壳运动，导致本市盖层发生强烈的褶皱、断裂与岩浆活动，演化成下扬子台褶带的一部分。燕山晚期的断块运行加强，南部上升成为隆起山地；北部沉降，成为断裂塌陷的盆地，堆积红砂层，构成宣、郎、广红色盆地。
全市岩石分布南部山区以二叠系燕山运动的粗粒花岗斑岩为主，其范围包括广德南部、宁国东南部、绩溪大部、旌德全部、泾县南部及西部，另夹带石炭系石灰岩类页岩和震旦系条带性硅质岩。中部丘陵区主要分布第四系现代冲积层和石炭系灰质岩，其范围包括广德中部、宣州和郎溪南部、宁国北部及泾县中北部。北部平原区主要分布第四系红砂岩，其范围包括宣州、郎溪中北部。
宣城市属亚热带季风湿润气候区。具有四季分明，光温同步，雨热同季、气候湿润，雨量丰沛、夏雨集中，地形气候多样、气象灾害频繁的特点。
全市年平均气候在15.4℃～15.9℃之间，平均为15.6℃，南北稍高，东西略低，差异不大。年内７月最高，１月最低，极端最高气候在40℃～41.5℃，极端最低气候在－13.2℃～－15.2℃之间。全市无霜期在226～240天，平均为233天。全市多年平均降雨量在1200～1500毫米，自北向南递增，呈现山区多、丘陵少的地方差异，泾县年平均雨量最多，为1527毫米，郎溪最小，为1177毫米。年际分配不均是本市降雨一大特点，1978年宣州站降雨777毫米,而1954年宣州站降雨达2160.5毫米，两者之比高达1:2.78，广德县两年降雨分别为775.9毫米和2198.4毫米，两者之比为1:2.83。年内降雨分配不均是本市降雨又一大特点，6月降水最多，12月降水最少，６～８月份降雨占全年总量的40％左右，有些年份甚至超过全年的一半。汛期的降雨一般集中在６月中旬至７月上旬之间，一般这段时间出现梅雨，其主要特征是降雨集中、强度大、历时长、暴雨日次多，极易造成洪涝灾害。８月份以后，又易受登陆台风的影响，形成台风暴雨，诱发山洪。伏秋季节，往往雨量偏少，容易出现干旱。
全市灾害性天气不仅对工农业生产造成危害，而且影响到人民生命财产的安全。常见的有干旱、洪涝、暴雨、寒潮、冰雹、大风和秋季低温等。