Bei aufmerksamem Hinsehen erkennt man, daß sich ein Geländeknick mitten durch den Stadtkern zieht. Dies ist die Nahtlinie zwischen zwei Landschaften, der zum Norddeutschen Tiefland gehörenden Westfälischen Bucht und der allmählich ansteigenden Paderborner Hochfläche, die zu den östlich gelegenen Höhenzügen des Eggegebirges bzw. Teutoburger Waldes und dem Sauerland im Süden überleitet. Die Lage im südöstlichen Winkel der Westfälischen Bucht kennzeichnet die besondere geographische Lage Paderborns.

Die Unterschiede der Oberflächengestalt werden jedoch nicht nur im Kern der Stadt, sondern auch an anderen Stellen des Stadtgebietes deutlich. Man kann zwischen einer "Unterstadt" in der Ebene und einer "Oberstadt" auf der Abdachung der Paderborner Hochfläche unterscheiden.

Die ehemalige fürstbischöfliche Residenz Schloß Neuhaus am Zusammenfluß von Alme, Lippe und Pader liegt 100 m, der Domplatz oberhalb der Paderquellen 120 m, der Sportflughafen auf dem Haxterberg 250 m über dem Meeresspiegel.

Die südlichen, höher gelegenen Stadtteile stehen auf den harten Kalkbänken aus der Kreidezeit. Sie steigen in der Stadtmitte, unmittelbar am Dom auf. Die nördlichen, flachen Stadtteile bestehen im Untergrund aus den Lockerböden der Eiszeit oder noch jüngerer Ablagerungen: aus Sanden, die an der Lippe und im Gebiet der Stadtteile Schloß Neuhaus und Marienloh zu Dünen aufgeweht wurden; aus Kiesen, die um Benhausen, an Alme und Lippe als Baumaterial abgebaut werden; aus Moränen, die mit ihren runden Findlingen und Feuersteinen zwischen Elsen und Wewer die Felder bedecken; schließlich aus feinen Lößlehmen, die vom Wind über den Moränen abgelagert wurden und die die Verbindung mit den Lößlehmen der Hellwegbörden aufnehmen.

Vielfältig ist der Gegensatz zwischen Nord und Süd im Gebiet der Stadt: Im Süden durchziehen Trockentäler wie Krumme Grund, Goldgrund oder Haxtergrund die zur Stadt hin einfallenden Kalkplatten. Im Norden sprudeln zahlreiche Quellen und artesische Brunnen. Eine Vielzahl von Bächen sammelt das Wasser am Fuß der Paderborner Hochfläche und leitet es in die Flüsse Pader und Lippe.

Im Süden von Paderborn herrscht eine weite, offene Feldlandschaft vor, hier und da unterbrochen von den tiefen Trockentälern und Buchenwäldern, die den Kalksteinuntergrund lieben. Im Norden wechselt ein vielseitiges Mosaik von Acker, Wiese, Wald und Wasser. Hier wachsen Eichen, Kiefern und Heide auf den trockenen Sanden und in den feuchten Auen finden Erlen, Weiden und Pappeln ideale Lebensbedingungen.

Im Süden ist das Gebiet der geschlossenen Dörfer. Hier schauen die Bewohner über die Weite der Landschaft bis hin zum Eggegebirge und zum Teutoburger Wald. Im Norden bestimmen die Streusiedlungen mit Einzelhöfen, Hofhainen und Obstgärten, wie man sie auch vom Münsterland her kennt, das Siedlungsbild. Gehölze und Hecken lockern die Landschaft zusätzlich auf und verleihen ihr den Charakter einer Parklandschaft.