De Utrechtse Heuvelrug is zo’n 150.000 jaar geleden ontstaan, toen landijs vanuit Scandinavië over Nederland schoof en oude rivierafzettingen opstuwde. Dit noemen we een stuwwal. Vervolgens speelden ook onder meer smeltwater, permafrost, verstuivend zand, rivieren en zeespiegelverandering hun rol in de vorming van de ondiepe ondergrond en die van het huidige landschap. Dat maakt voor een unieke samenkomst van dingen die je nergens anders zo aantreft als hier.
Het stuwwallengebied van het Gooi en van de Utrechtse Heuvelrug ligt tussen het Gooimeer in het noordwesten en de Nederrijn in het zuidoosten. Van Huizen tot Rhenen tekenen deze hoogten zich over een afstand van 50 kilometer duidelijk af boven het omringende laagland. De Amerongse Berg is met 69,2 meter boven zeeniveau het hoogst. De Grebbeberg (52 meter), op de zuidoostpunt van de Heuvelrug, biedt een panoramisch uitzicht over de Betuwe. Hier is de stuwwal aan de zuidzijde extra steil, doordat deze is aangesneden door het water van de Nederrijn. Naast de Utrechtse Heuvelrug komen nog enkele stuwwalheuvels voor, zoals de Emminkhuizerberg bij Veenendaal en de stuwwalheuvels van Soest, Baarn en Lage Vuursche.
De Utrechtse Heuvelrug is met zijn hoge zandgronden – na de Veluwe – het op een na grootste bosgebied van Nederland. Deze hoge, langgerekte ‘zand- en grindberg’ wordt omringd door een gordel van zogenoemd dekzand en waterrijk land met veen- en kleigebieden. In het westen, ten noorden van de stad Utrecht, ligt het Vecht- en plassengebied. Ten zuidoosten van de stad Utrecht sluit het Kromme Rijngebied aan tegen de Heuvelrug en in het noordoosten, bij Amersfoort, ligt Eemland, genoemd naar de rivier de Eem.