Поверхня фундаменту Сахарської плити вкрита товщами вапняків, пісковиків, мергелів та глинистих порід різного віку. Подекуди на поверхню виступають давні кристалічні породи фундаменту або інтрузії, утворюючи високі нагір'я (Ахаггар, Тібесті та ін.) зі значним поширенням вулканічних порід, лавових плато, згаслих вулканів. Про недавню вулканічну діяльність свідчать гарячі джерела та виходи газів. Тут рельєф типово гірський, дуже почленований, з крутими схилами.
На заході Сахари домінують низькі плато та улоговини з потужними пластами осадових порід. На ділянках платформи з моноклінальною структурою розвинуті куестові гряди, які розділені широкими долинами та вузькими ущелинами. Східна частина - це головним чином Лівійська, Аравійська та Нубійська пустелі. Тут знаходиться і одна з найглибших сухих улоговин земної кулі - Каттара (-133 м), площа якої 19,5 тис. км2. Поблизу Червоного моря височать столові плато з глибокими ущелинами флювіального походження, які свідчать про значне ерозійне розчленування в минулі гумідні епохи. Повсюди зустрічаються сухі русла річок - ваді, а також оазиси.
