Budowa geologiczna Podłoże kotliny zbudowane jest z fragmentów bloku karkonosko-izerskiego, przede wszystkim z gnejsów i granitów rumburskich, a podrzędnie – amfibolitów. W kilku miejscach starsze skały przebite są przez trzeciorzędowe bazalty. W kotlinie występują jeziorne osady (neogeńskie) iły z grubymi pokładami węgla brunatnego przykryte młodszymi warstwami osadów glin, żwirów, piasków z okresu zlodowaceń plejstoceńskich i osadami powstałymi w chłodnym, peryglacjalnym klimacie.
Rzeźba terenu Teren kotliny jest falisty i bardzo zróżnicowany, od pagórków i zalesionych hałd, po głębokie wyrobiska górnicze. Kotlinę urozmaicają niecki, przecinają potoki i liczne wąwozy. Szerokie obniżenie w kształcie misy, z leżącą w centralnej części kopalnią odkrywkową, silnie kontrastuje krajobrazowo z pobliskim otoczeniem.
Wody Obszar Kotliny Turoszowskiej położony jest w dorzeczu rzeki Odry, w obrębie zlewni rzeki Nysy Łużyckiej. Drugim pod względem długości ciekiem jest prawobrzeżny dopływ Nysy Łużyckiej Miedzianka oraz jej dopływ Jaśnica, mniejszymi ciekami kotliny są potoki: Okleśna, Biedrzychówka, Krzywa Struga, Przepiórka, Ślad, Zatonka, Rybi. Na terenie kotliny nie występują naturalne zbiorniki wodne o dużej powierzchni.