薛家湾镇地貌复杂，地质构造简单，总体构造属鄂尔多斯单翼向斜。在古老的前震旦系基础上，分布了从震旦系

到第四系很厚的沉积物，地层沉积较全。除个别地区有角度不整合接触外，各个时代地层一般均为连续沉积或假整合接触。具有沉积回旋和区域不整合的特征，境内地层基本可分为印支期、燕山期、喜马拉雅期三个构造地层。 在漫长的地质年代中，经过地壳多次的升降运动，海水不断侵退，加上风化、侵蚀等外力作用的影响，旗境沟谷十分发育，形成凹凸不平的地貌，也使中生界及其以前的古老地层裸露于地表。

薛家湾镇地处鄂尔多斯高原东部，地势由东南向西北逐渐升高。中部从西边的坝梁为起点，沿东向到点素敖包一线略有隆起，形成准旗地区的"脊梁" ，为镇境南北的分水岭，也是南北自然差异的分界线。东部边缘翘起，为盆地边缘。境内大部分地区沟谷发育，沟网纵横密布，地表被切割的支离破碎。沟川河流大部分由西北向东南流入黄河，河床比降由北向南逐步增大。“屋脊”以北的部分河川径流则北向入黄河。境内无高大山脉，但相对高差较大，最低处马栅镇马栅村仅海拔820米，最高处在乌兰哈达乡，海拔1584.6米。按南北地貌差异划分为黄河南岸平原区、北部库布其沙漠区、中部丘陵沟壑区、南部黄土丘陵沟壑区等四个地貌单元。