武汉市在大地构造上位于淮阳山字型孤顶西侧与新华夏系第二沉降带复合部位，跨及两个1级构造单元，以襄（樊）—广（济）深断裂为界，北为秦岭褶皱系，南为扬子准地台。桐柏—新洲断裂过境，造成南北错开，东西不相连的复杂构造。秦岭褶皱系进一步划分为桐柏—大别隆起（Ⅱ级）的桐柏山复背斜（Ⅲ级），本区出露大悟褶皱束和新洲凹陷两个Ⅳ级构造单元。南部扬子准地台进一步划分为扬子台坪（Ⅱ级）的大冶台褶带（Ⅲ级），本区仅出露武汉台褶束、梁子湖凹陷两个Ⅳ级构造单元。以上构成武汉市的基本构造格局。
秦岭褶皱系 大悟褶皱位于本区北部，南以襄（樊）—广（济）深断裂为界，与武汉台褶束毗邻。出露地层基岩为元占代大别群、红安群的混合岩和变质岩。构造特征表现为一系列呈北西向展布的背向斜，并发育规模不等的北西、北东向断裂。受断裂控制，燕山期岩浆活动强烈，双峰尖、夏店、研子岗岩体侵于背斜核部。
新洲凹陷分布于本区北部新洲县、黄陂县境内。呈北东向东展布，重叠于北西向褶皱束之上。东部大致以麻（城）—团（风）断裂为界，与元古代大别山群呈断层接触。南部以襄（樊）—广（济）断裂为界，与扬子准地台毗邻。该凹陷形成于晚白垩纪，其发展受麻（城）—团（风）断裂和襄（樊）—广（济）深断裂的控制。沉积物以白垩纪—第三纪东湖群的紫红色砂岩和泥岩为主，夹数层玄武岩。沉积中心位于新洲县汪集一带，据地震资料推测其沉积厚度可达5000米左右。岩层一般向南东倾斜，断陷东部边缘有微弱褶皱。
扬子准地台 武汉台褶束位于本区南部，北以襄（樊）—广（济）深断裂为界，是介于汉江断陷和梁子湖凹陷之间的一个相对隆起的Ⅳ级构造单元。区内多被第四纪堆积物覆盖，构造线反映不明显，主要为志留纪—三叠纪组成的一系列线状褶皱，区域构造线呈北西西向或近东西向展布。断裂构造较发育，主要有北西西向（或近东西向）、北西向、北东向及近南北向4组断层，主要褶曲构造特征见表。
梁子湖凹陷于本区东南部武昌县境呈北东东—南西西展布。在土地堂一带，存在4个相间的重力高带、低带和4个异常密集带。推测为一组北东东向隐伏褶皱束，自北向南为莲花桥向斜、朱山背斜、土地堂向斜、仙人山背斜、向家湾向斜、新窑背斜、鲁家向斜、山坡背斜、贺家湾向斜。该凹陷是在印支期褶皱的基础上，于晚三叠纪以后逐步发展起来的继承性凹陷。
