Поверхность Западно-Сибирской низменности равнинная с довольно незначительным перепадом высот[4]. Тем не менее, рельеф равнины достаточно разнообразен. Самые пониженные участки равнины (50-100 м) располагаются преимущественно в центральной (Кондинская и Среднеобская низменности) и северной (Нижнеобская, Надымская и Пурская низменности) её частях. Вдоль западной, южной и восточной окраин протягиваются невысокие (до 200—250 м) возвышенности: Северо-Сосьвинская и Туринская, Ишимская равнина, Приобское и Чулымо-Енисейское плато, Кетско-Тымская, Верхнетазовская и Нижнеенисейская возвышенности. Отчетливо выраженную полосу возвышенностей образуют во внутренней части равнины Сибирские Увалы (средняя высота — 140—150 м), простирающиеся с запада от Оби на восток до Енисея, и параллельная им Васюганская равнина[5].
Рельеф равнины во многом обусловлен её геологическим строением. В основании Западно-Сибирской равнины лежит эпигерцинская Западно-Сибирская плита, фундамент которой сложен интенсивно дислоцированными палеозойскими отложениями. Образование Западносибирской плиты началось в верхней юре, когда в результате обламывания, разрушения и перерождения огромная территория между Уралом и Сибирской платформой опустилась, и возник огромный седиментационный бассейн. В ходе своего развития Западносибирская плита не раз захватывалась морскими трансгрессиями. В конце нижнего олигоцена море покинуло Западно-Сибирскую плиту, и она превратилась в огромную озерно-аллювиальную равнину. В среднем и позднем олигоцене и неогене северная часть плиты испытала поднятие, которое в четвертичное время сменилось опусканием. Общий ход развития плиты с опусканием колоссальных пространств напоминает не дошедший до конца процесс океанизации. Эта особенность плиты подчеркивается феноменальным развитием заболоченности[1].
Фундамент Западно-Сибирской плиты покрыт чехлом рыхлых морских и континентальных мезозойско-кайнозойских пород (глин, песчаников, мергелей и тому подобных) общей мощностью свыше 1000 м (во впадинах фундамента до 3000—4000 м). Самые молодые, антропогеновые, отложения на юге — аллювиальные и озёрные, нередко прикрытые лёссами и лёссовидными суглинками; на севере — ледниковые, морские и ледниково-морские (мощность местами до 200 м)[6]. В северной части Западно-Сибирской плиты (самой погруженной) находятся Надым-Тазовская и Ямало-Гыданская синеклизы, разделённые узким субширотным Мессояхским мегавалом. В центральной части Западно-Сибирской плиты находится несколько удлинённых в долготном направлении антеклиз, синеклиз и узких глубоких жёлобов: Ханты-Мансийская синеклиза, Хантейская антеклиза (с Сургутским и Нижневартовским сводами), Пурский жёлоб (над южной частью Колтогорско-Уренгойского рифта), Кеть-Вахская антеклиза и Худосейский жёлоб с Чулымской синеклизой. К югу от Кеть-Вахской и Хантейской антеклиз находятся субширотно вытянутая Среднеиртышская и Кулундинская синеклизы[7].
Отдельные геологические структуры, несмотря на мощный слой отложений находят отражение в рельефе равнины: так, пологим антиклинальным поднятиям отвечают, например, возвышенности Верхнетазовская и Люлимвор, а Барабинская и Кондинская низменности приурочены к синеклизам фундамента плиты. Однако в Западной Сибири нередки и несогласные (инверсионные) морфоструктуры. К ним относятся, например, Васюганская равнина, сформировавшаяся на месте пологой синеклизы, и Чулымо-Енисейское плато, располагающееся в зоне прогиба фундамента[5].
В манжете рыхлых отложений заключены горизонты подземных вод — пресных и минерализованных (в том числе рассола), встречаются также горячие (до 100—150°С) воды. Есть промышленные месторождения нефти и природного газа (Западно-Сибирский нефтегазоносный бассейн)[6]. В районе Ханты-Мансийской синеклизы, Красносельского, Салымского и Сургутского районов, в пластах баженовской свиты на глубине 2 км имеются крупнейшие в России запасы сланцевой нефти[8] «Эксперт»
