La montagne (Mont Rampon et Mont Rampignon) a conservé l’aspect qu’elle avait à l’issue du plissement : ce pli, régulier et faillé, a été couché vers le nord-ouest sous la poussée du plissement alpin. Il est fait de calcaire urgonien, d’une épaisseur de plus de cent mètres et de teinte blanc-grisâtre. Ce même calcaire constitue les belles falaises du Parmelan et la montagne de la Balme.
Plus précisément, le pli se dédouble, d’où son allure en « bosses de chameau ». Entre les deux bosses se trouve un « val », le Pré-Vernet, accidenté par une faille qui se prolonge jusqu’au rocher du Talabar.
Le calcaire urgonien est dur mais perméable. L’eau s’y infiltre en dissolvant la roche. Quand l’érosion se développe, elle crée des curiosités naturelles : la roche Mavéria au bord du lac, un « abri sous roches » au-dessus des Barattes (grotte de l’Ermite ou des Aigles), enfin une résurgence : la grotte de la Taupe, qui donne accès à un étroit boyau, long de 120m et encombré de flaques d’eau.
Les coteaux sont faits de molasse, qui constitue l’essentiel du soubassement d’Annecy-le-Vieux. Sur les pentes, l’érosion a emporté la moraine de surface. La molasse se présente sous la forme de grès tendre (gris verdâtre, parfois rougeâtre), qui affleure au long des talus. Friable en surface, elle se désagrège en sable.
Sur le plateau, la molasse est recouverte d’un tapis de moraine argileuse avec çà et là de gros blocs glaciaires. Cette moraine occupe la surface comprise entre le Petit-Brogny, Sur les Bois et les Glaisins (dont le nom évoque une terre argileuse humide).
Dans la plaine, molasse et moraine sont recouvertes au nord par les alluvions du Fier, qui atteignent une cinquantaine de mètres d’épaisseur au Pont de Brogny, et au sud par les alluvions crayeuses du lac d’Annecy.
La hauteur moyenne des précipitations est d’un mètre vingt-cinq. La commune, bien arrosée et entourée d’eau le long des deux tiers de ses limites, est cependant mal irriguée et mal drainée. Les marais d’Albigny et du Bulloz ont tenu longtemps une place importante.
Les tracés en baïonnette des ruisseaux du Colovry et de la Pesse permettent de faire l’hypothèse de l’existence ancienne d’un unique affluent du lac aboutissant à la pointe d’Albigny, dont la forme deltaïque est accusée ; la photographie aérienne montre que ce delta se prolonge sous les eaux. Les ruisseaux du Colovry et de la Pesse auraient pu être séparés et refoulés vers l’est par l’entassement de leurs propres alluvions.
Les autres cours d’eau sont d’importance minime : le ruisseau du Barait (qui marque la limite avec Alex) et deux petits affluents du Fier. Dans la montagne, le nant Berthelet est à sec l’été et le nant Bouat n’a qu’un débit très faible. Au bois des Glaisins, le nant des Fieux.
Après une forte pluie, un torrent boueux dévalant la colline venait inonder le cimetière et l’église Saint-Laurent. En 1714, Mgr Rossillon de Bernex intime à un paroissien de démolir un « aqueduc » qu’il avait construit pour déverser les eaux de son terrain dans le cimetière. A la fin du 18ème siècle, les habitants avaient donné à ce torrent boueux le curieux nom de Millierde.