Część północna zbudowana jest ze skał metamorficznych: zieleńców, łupków zieleńcowych, fyllitów, łupków serycytowych, łupków kwarcowych, porfiroidów powstałych w dolnym paleozoiku – od kambru po dolny karbon.
W części południowej – niecka północnosudecka tworzy nieckowate zagłębienie między starszymi fragmentami skorupy ziemskiej, wypełnione skałami osadowymi: piaskowcami, mułowcami, zlepieńcami, wapieniami, marglami, gipsami i anhydrytami, którym towarzyszą skały wulkaniczne: porfiry, melafiry i ich tufy.
W kilku miejscach starsze skały przebite są przez trzeciorzędowe bazalty.
Starsze podłoże przykryte jest częściowo przez osady plejstoceńskie – gliny i piaski oraz lessy, a także holoceńskie piaski, żwiry i mady rzeczne.
Wody Pogórze Kaczawskie leży w dorzeczu Odry. Głównymi odwadniającymi je rzekami są: od zachodu Bóbr, w części centralnej Kaczawa ze Skorą, a na wschodzie Nysa SzalonaGóry i Pogórze Kaczawskie, skala 1:40.000, mapa turystyczna, Wydawnictwo Turystyczne Plan, Jelenia Góra 2004, wyd. II, .
Roślinność Znaczną część Pogórza Kaczawskiego pokrywają lasy. Ponadto są tu łąki i pola uprawne.