Geologia i geomorfologia Wyżyna znajduje się na wysokości 250–512,8 m n.p.m. Najwyższym wzniesieniem jest ostaniec o nazwie Skałka (Grodzisko, 512,8 m) na terenie Jerzmanowic, ponad górną częścią Doliny Będkowskiej. Jest to drugie pod względem wysokości wzniesienie na Wyżynie Krakowsko-Częstochowskiej. Większa część obszaru Wyżyny Olkuskiej znajduje się na wysokości około 400 m, a różnice wysokości w stosunku do doliny Wisły pod Krakowem i do Rowu Krzeszowickiego nie przekraczają 200 m.
Wyżyna zbudowana jest z wapieni jurajskich ze znacznie rozwiniętymi zjawiskami krasowymi. Powierzchnia jest lekko falista i pokryta znaczną warstwą lessów z licznymi ostańcami szczególnie w północnej części. Z form krasowych występują na niej liczne jaskinie i schroniska, a także mogoty, wywierzyska, doliny krasowe – wąwozy i jary, których dnem płyną potoki, a wejścia do nich stanowią szczególnie ukształtowane bramy np. Brama Bolechowicka. Najbardziej znana to Dolina Prądnika na terenie Ojcowskiego Parku Narodowego. Krasowość Wyżyny Olkuskiej objawia się także brakiem wód powierzchniowych i zaleganiem wód w podziemnych szczelinach skał, co w szczególnym nasileniu występuje na Płaskowyżu Sułoszowskim.