Se encuentran aquí sedimentos de todos los tipos y periodos, desde el antiquísimo Arqueozoico, en la base del Gran Cañón, hasta el cenozoico, el más reciente de la historia terráquea. En general constituyen las mesetas de Ari-zona septentrional estratos de roca sedimentaria, casi horizontales, que han sufrido una profunda erosión. Por la parte central del estado se extiende una franja irregular de roca eruptiva y metamórfica, con otras extrusivas y volcanes extintos. En el S predominan los sedimentos del cuaternario, junto con los bolsones de roca eruptiva.
Arizona se divide en dos zonas topográficas características: la Meseta del Colorado, en el N y NE, y cuenca y sección montañosa en el S y SE. La primera se extiende por casi la mitad del estado y tiene una elevación superior a los 1500 m. En ella los ríos han formado profundas gargantas, como el célebre Gran. Cañón, al NE del estado, notable por sus vastas dimensiones (6,5 a 29 km de anchura y 1600 m de profundidad), sus rocas multicolores, de estratos fantásticamente moldeados y elevadas escarpaduras. En la parte S de la meseta, en el centro del estado, se hallan las Montañas de San Francisco, grupo de volcanes extintos. El punto más alto es el Pico Humphreys (3857 m), que es también el más elevado de todo Arizona.
La mitad SO del estado comprende una región de vastas planicies desérticas, interrumpidas por pequeñas cordilleras de dislocación con alturas que van de 300 a 900 m; país árido, llamado a veces Desierto Gila, es parte del gran Desierto .de Sonora.
Forma la divisoria occidental de Arizona su río más famoso, el Colorado, que con sus numerosos tributarios, en especial el Gila, Pequeño Colorado y Williams, drena una cuenca que incluye la mayor parte de Arizona antes de desembocar en el fondo del Golfo de California. El Gila es el segundo río en longitud del estado; atraviesa la región meridional de Arizona, procedente de Colorado, y se une con su río principal en la misma frontera mexicana. Recibe, entre otros afluentes, al San Francisco, San Pedro, Salí (con su afluente el Verde), que atraviesa el famoso pantano de Roosevelt.
Pocos son los lagos naturales que existen en el estado. Los más importantes son los originados en los muchos sistemas de irrigación que en esta parte del país se han emprendido. El Mead, formado en el río Colorado por la presa Hoover, es uno de los mayores lagos artificiales del mundo; el Havasu, con la presa Parker, está también sobre el río Colorado y recibe en su extremo meridional al río Williams. Sobre el Salt la presa Roosevelt forma el lago de este nombre y en el Gila la de Coolidge forma el gran lago de San Carlos.
