西昌市全境海拔在1500米以上。地形以中山为主，占全市总面积的78.9%，高山、低山分别占1.1%和3.4%；河谷平坝面积占16.4%，是四川省第二大河谷平原。山地分布在安宁河东西两侧：西部牦牛山，是市境内山地的主体，占全市总面积的一半，自北向南纵贯全境，构成安宁河与雅砻江的分水岭。其北段许多山峰海拔超过3500米，向南逐渐降低。整个山体，大部分界于2000～3000米之间；安宁河东侧属螺髻山山脉，其北段主脊线在喜德县境，南段主脊线在西昌与普格的分界线上。这里有数座超过4000米的高峰，其中摆摆顶高达4182米。安宁河是市境内最主要的河流，过境长度约82公里。虽属中、上游河段，但却是整个河谷最开阔、河床最宽坦的地段。谷地最宽处超过10公里，平均宽度也在6～7公里之间；河床最宽处将近2公里，其中布满沙洲，将水流分成若干辫状支流。来自东西侧山地的数十条支流与干流共同汇成市内农田用水主要来源。但它们的特点是流量季节变化较大，达1340每秒立方米，最小只有1.55每秒立方米，相差864倍。支流流量更不稳定，雨季山洪暴发，河水泛滥；干季则河床暴露，甚至断流。另一条大河是流经市域西部边界的雅砻江，过境长度约90公里，穿行于高山峡谷之中。牦牛山西坡的大小支流都汇入雅砻江中。其下游及河口段多为深切割峡谷，而中上游分布着许多较为开阔的谷地与汇水盆地，成为西部山地中的居民点。平坝分布在安宁河及其主要支流的谷地中，大部具有河流阶地、河谷盆地或山麓冲积扇的形态，地面完整、起伏较小，便于自然灌溉、提灌和机械作业。由于长期的开垦与耕作，已成为西昌农作物的主要生产基地。

市区东南邛海为一断陷湖，为四川省内第二大淡水湖。湖岸东西陡峭、南北平缓，特别是北部与城区之间，有一约50公平方公里的广阔平原，构成湖盆粮食、蔬菜及其它经济作物的主产区。由于长期以来东河飞播林区和螺髻山河流泥砂的淤积，湖面逐渐缩小。湖西面，有一小河与安宁河相通，是湖水外泄的唯一通道。