Территория Тулы и окружающая ее пригородная зона расположены на северо-восточном (Муравском склоне) Среднерусской возвышенности в пределах южного крыла Подмосковной котловины. Здесь на древние кристаллические породы плоского дна впадины наслаиваются осадочные отложения различного геологического возраста и состава — от девонских и каменноугольных до позднейших, четвертичных отложений включительно, ставших почвообразующими породами. Наиболее существенную роль в формировании рельефа центральной части Тульской области, к которой относится и район Тулы, сыграла эрозионная (размывающая) деятельность поверхностных вод, создавшая типичный для этой местности долинно-балочный ландшафт.
Для Тулы и ее окрестностей характерна сложно детализованная холмистая поверхность (с относительными высотами до 70—90 метров). Ей присущи чередование повышенных участков — холмов (по-местному, гор; отсюда названия Косая Гора, Осиновая Гора). Здесь много мягко очерченных лощин, приречных долин и оврагов.
Городская территория Тулы располагается на четырех холмах. Их округлые вершины и выпуклые пологие склоны обращены к долине реки Упы, которая протекает посредине города с востока на запад, разделяя его на две части. Таким образом, рельеф города характеризуется постепенным повышением местности от русловой части реки к югу и северу. Наиболее возвышенны юго-восточная и северо-западная окраины Тулы. В значительной степени эта схема усложняется овражностью, особенно развитой на южной окраине города.