Budowa geologiczna Obniżenie położone jest w obrębie jednostki geologicznej blok karkonosko-izerski, zostało wypreparowana w granitach intruzji karkonoskiej, tworzących izolowane garby i skałki. Podłoże geologiczne obniżenia stanowią skały karkonosko-izerskiego masywu granitowego, głównie granity karkonoskie reprezentowane w większości przez grubo- i średnioziarniste odmiany porfirowate. Obniżenie odznacza się znacznym bogactwem form morfologicznych. Niewielki wpływ na rzeźbę terenu miały zlodowacenia plejstoceńskie. Dno obniżenia zalegają osady plejstoceńskie, spod których gdzieniegdzie wystają granitowe pagóry, często zwieńczone skałkami. Wzgórza pokryte są cienką warstwą osadów plejstoceńskich w postaci glin zwałowych, piasków i żwirów. Znaczną część powierzchni zajmują osady rzeczne (aluwia) w dolinach rzecznych oraz osady wodno-lodowcowe pochodzenia erozyjnego deponowane u podnóży stoków (deluwia). Skład granulometryczny gleb również jest zróżnicowany, jednak zdecydowanie przeważają gliny lekkie i średnie.
Rzeźba Obniżenie Jeleniej Góry pocięte jest ciekami wodnymi, które dzielą je na kilka części, silnie kontrastujące krajobrazowo z pobliskimi wzgórzami i górami. Najwyższe wzniesienia występujące na Obniżeniu, nie przekraczają 470 m n.p.m.