宜萬鐵路地處云貴高原區與長江中下游平原區的接合部。巖溶、順層、滑坡、斷層破碎帶和崩塌等主要不良地質現象分布廣泛，全線山高壁陡，河谷深切，地形極其復雜，不僅地質條件差，而且控制項目多、科技含量高、建設標準新、工程風險大。
宜萬鐵路東起鴉宜鐵路花艷站(宜昌東站)，西至達萬鐵路萬州站。線路處于云貴高原區與長江中下游平原的結合部，其中宜昌至土城段為江漢平原與鄂西山區結合部的丘陵山區；土城至萬州段為長江與清江分水嶺的低山和中高山的半山坡地區，高山壁陡、河谷深切，且與鐵路大角度相交，地形困難。
宜萬鐵路基本呈東西走向，從宜昌東站引出，跨越長江，經點城、土城、五爪觀至賀家坪，穿堡鎮隧道至榔枰穿八字嶺野三關隧道，跨支井河、野三關至高坪，經落水洞至建始經龍鳳壩至恩施，線路過恩施車站跨清江，經龍麟洞穿云霧山隧道，馬鹿箐隧道，再經元堡至利川，向西經涼霧穿齊岳山山脈，進入重慶市萬州區，于五橋區沱口處跨長江至萬州車站。