Vilniaus miestas garsėja ne tik kultūros paminklais, bet ir vaizdingomis gamtinėmis teritorijomis. Kraštovaizdžio įvairove, vaizdingumu ir natūralumu jam negali prilygti joks kitas Europos lygumų miestas. Vilniaus plotas – 392 kvadratiniai kilometrai, iš jų želdiniai užima 43,9% proc., o Verkių regioniniam parke miškai užima apie 80 proc. teritorijos. Vilnius ir jo apylinkės iki šiol gali didžiuotis nesuniokotų miškų masyvais, juosiančiais miestą iš visų pusių.
Vilniaus miestas įsikūręs unikalioje vietoje – kelių tipų kraštovaizdžio kompleksų sandūroje, Neries ir Vilnios upių santakoje. Ypatingą vaizdingumą, savitumą ir žavesį miestui suteikia kalvotų moreninių aukštumų ruožą kertantys slėniai, raižyte išraižyti mažų slėniukų, senovinių griovų, raguvų, cirkų, bei prie jų prigludę ištisi eroziniai kalvynai, ištisai padengti mišku.
Vilniaus kraštovaizdį galima suskirstyti į tris grupes: aukštumas pietuose ir pietryčiuose, aukštumas vakarinėje miesto dalyje, ir jas skirianti Nėries slėnio žemuma.
Pietų ir pietryčių kalvos stambiai banguotos, užima didelius plotus Tai senojo apledėjimo aukštumos, išraižytos upelių, tačiau jose neliko ežerų. Senojo apledėjimo paviršiuje susidarė Lyglaukių reljefas (Sapieginės, Šveicarijos ir Lyglaukių eroziniai atragiai). Siauros ir ilgos kalvos – tai buvusio žemės paviršiaus liekanos, susidariusios tarp gausybės tekančio vandens išgraužtų raguvų, slėniukų.
Ledynmetyje vakarineje Vilniaus dalyje driekėsi ledyno pakraštys, o rytinėje – plytėjo peršalusių moreninių nuogulų dykuma. Tirpstant ledynui, dabartinėse Vilnios baseino lygumose tvenkėsi tirpsmo vandenys. Jie, galingais srautais staigiai prasiveržę pro įšalusią dabartinę miesto teritoriją, tekėdami į vakarus neįprasta vaga, sukūrė slėnių darinius. Ištekėjus vandeniui, slėniai išsausėjo, čia dabar liko tik vienas Kaukysos upelis. Šiltesnis už ledą vanduo tirpino gruntą, šliaužiančio purvo srautai sparčiai gilino užsimezgusias griovas, taip susiformavo Ribiškių kalvynas, čia yra ir bene aukščiausias Vilniaus taškas – Liepkalnio kalnas (216 m).
Paskutiniu tarpledynmečiu Neris ir Vilnelė tekėjo 8 m aukščiau nei šiandien (tą mena Pylimo gatvė), jų vaga buvo kur kas lygesnė. Tačiau ledynų atplukdytos sąnašos darė upėms kliūtis. Upės, vis keisdamos vagą aplenkdavo kliūtis, tai liudija ir itin vingiuota šiandienos Vilnios vaga, kartais primenanti sraunią kalnų upę. Dabar Neris teka senslėniu, kurį kadaise išgraužė vandens srautai ištekėdami iš prieledyninių marių, susitvenkusių tirpstant ir traukiantis paskutiniajam ledynui.
Naujosios Vilnios ir Žaliųjų ežerų apylinkes galutinai suformavo paskutinis ledynas. Čia plyti paskutiniojo apledėjimo sustumtos aukštumos, jos smulkesnės nei senojo ledyno formuotos, pasižyminčios aklinų daubų ir ežerų gausa. Pagal kilmę dalis ežerų yra rininės kilmės. Jų dubaklonius – rinas – išgraužė tekantys tirpstančio ledyno vandenys maždaug prieš 18 tūkst. metų. Kiti ežerai – termokarstinės kilmės – atšilus klimatui ir traukiantis ledynui, tvenkėsi prieledyninės marios, dar vėliau pradėjo tirpti didžiuliai palaidoto ledo luitai, kurių vietoje ir susiformavo ežerėliai.
Vilniaus senamiestis yra „gilioje“ dauboje, palyginus su pietiniais miesto rajonais – Kirtimais ar Salininkais. Šie išsidėstę Medininkų aukštumoje ir iškilę daugiau nei 200 m virš jūros lygio.