Природно-ресурсный потенциал Поволжья отличается разнообразием. Северная часть района располагается в пределах лесной зоны, а юго-восточная - в подзоне полупустынь. Большая же часть территории расположена в степной зоне. Значительную площадь занимает долина Волги, переходящая на юге в Прикаспийскую низменность. Особое место занимает Волго-Ахтубинская пойма, сложенная речными наносами и весьма благоприятная для земледелия.
Огромное влияние на территориальную структуру хозяйства Поволжья и на расселение оказывает Волга, она является важнейшей транспортной артерией и осью расселения. Почти все крупные города Поволжья являются речными портами.
Создание в бассейне Волги крупной промышленности, загрязняющей ее воды, интенсивное развитие речного транспорта, сельское хозяйство, применяющее в больших объемах минеральные удобрения, значительная часть которых смывается в Волгу, непродуманное строительство гидроэлектростанций пагубно влияют на Волгу.
В настоящее время стоит задача спасения Волги, вывода ее из состояния экологического бедствия, возвращение России великой реки. Принятые решения и разработанные проекты по охране Волги от загрязнения создают основу для ее оздоровления.
Поволжье располагает значительными ресурсами минерального сырья. Важнейшими полезными ископаемыми района являются нефть и газ. Нефть Поволжья содержит 7-11% парафина, 12-20% смол, значительный процент легких углеводородов. В то же время она отличается повышенной сернистостью - 3-3,5%. Поэтому велика роль нефти Поволжья как химического сырья. Крупные месторождения находятся в Татарстане: Ромашкинское, Альметьевское, Елабужское, Бавлинское, Первомайское и др. Имеются ресурсы нефти в Самарской области (Мухановское месторождение), а также в Саратовской и Волгоградской областях. Ресурсы природного газа: в Волгоградской области - Жирновское, Коробковское и другие; в Саратовской области - Курдюмо-Елшанское и Степановское. Крупнейшее газоконденсатное месторождение обнаружено в Астраханской области, на базе которого формируется газопромышленный комплекс.
Богато Поволжье горючими сланцами, добыча и переработка которых ведется на Кашпировском месторождении вблизи Сызрани. В Прикаспийской низменности в озерах Баскунчак и Эльтон имеются ресурсы поваренной соли. Эти озера богаты, кроме того, бромом, йодом, магниевыми солями. Имеются ресурсы поваренной соли и в Волгоградской, и Самарской области. В Самарской области находятся месторождения самородной серы.
Располагает район значительными ресурсами для производства разнообразных строительных материалов. Крупное месторождение высококачественных цементных мергелей - Вольское в Саратовской области. Ташлинское месторождение стекольных песков - в Ульяновской области. Имеются в Поволжье гипс, мел и другие полезные ископаемые.