Природные ресурсы Поволжского экономического района значительны. По суммарной обеспеченности водными ресурсами район уступает в европейской части страны лишь Северному и в 12 раз превосходит Центрально-Черноземный. Почти 80% речного стока приходится на реки Волгу, Каму и Дон. После создания гидроузлов сток Волги был зарегулирован, и стало возможным аккумулировать в водохранилищах огромные запасы воды, которую расходуют на нужды промышленности, энергетики, сельского хозяйства, транспорта, коммунального хозяйства. Основная масса потребителей воды (97%) сосредоточена в бассейне Волги. Каждый из них предъявляет свои особые требования к волжской воде, которые можно удовлетворить лишь при комплексном ее использовании.
Открытие в Поволжье нефти связано с именем академика И.М. Губкина, который первым дал прогноз нефтеносности девонских отложений. Девонскую нефть открыли в годы войны в Самарской Луке, а затем в Восточной Татарии. В настоящее время нефть добывают почти по всему Поволжью на более чем 150 месторождениях. Самые богатые из них находятся в Среднем Поволжье – на юго-востоке Татарстана и в левобережной части Самарской обл. Для Поволжья характерна концентрация преобладающей части запасов нефти в крупных месторождениях. Это позволяет вести добычу сравнительно небольшим числом скважин. Наиболее значительные месторождения в Республике Татарстан – Ромашкинское, Бавлинское, Ново-Елховское, в Самарской обл. – Мухановское, Дмитриевское и Кулешовское. Для поволжской нефти характерны повышенная удельная плотность, сернистость, парафинистость, смолистость. Глубина ее залегания в Татарстане до 2000 м, в Самарской обл. – до 3000 м. Запасы нефти до недавнего времени обеспечивали сырьем нефтеперерабатывающую промышленность не только Поволжья, но и многих других районов страны. Был проложен нефтепровод «Дружба», по которому она поступала в Польшу, Чехословакию, Венгрию и ГДР. Поволжская нефть имела самую низкую себестоимость добычи в стране, так как здесь впервые были применены прогрессивные методы поддерживания пластового давления (внутриконтурное и законтурное заводнение), а добычу вели в основном наиболее производительным и дешевым способом непрерывного фонтанирования. В настоящее время в связи с истощением запасов наиболее крупных месторождений доля района в российской добыче нефти уменьшилась с 60 до 12%. Однако в связи с интенсивным проведением геологоразведочных работ наметилась тенденция воспроизводства запасов, открытия новых месторождений.
В Республике Татарстан в настоящее время доказана промышленная нефтеносность 26 и перспективная – 6 стратиграфических горизонтов. С 1980 г. обеспеченность запасами нефти республики начала возрастать. В Волгоградской обл. за последние 20 лет открыто и введено в разработку более 20 нефтяных месторождений. Наиболее крупные из них – Памятное и Сасовское. Благодаря им годовой объем добычи нефти в области может быть увеличен в 1,5 раза. Известны промышленные скопления нефти и газа в Калмыкии. Перспективны на нефть, каменноугольные и нижнепермские карбонатные отложения вдоль северной акватории Каспийского моря. Вновь открытые нефтяные горизонты позволят сохранить объем добычи нефти на прежнем уровне и впоследствии увеличить его. Однако особенность нефтяной промышленности района – существенное увеличение доли трудноизвлекаемых запасов нефти, что требует разработки специальных, нетрадиционных методов добычи и повышает себестоимость нефти.
Поволжье, особенно Татарстан, обладает большими ресурсами природных битумов. Они приурочены к нефтеносным пермским отложениям, находятся на глубинах до 400 м. Подготовлены к разработке запасы природных битумов, отработаны технологии их извлечения, позволяющие довести годовую добычу до нескольких миллионов тонн.
Природный газ был открыт в 30-х гг. XX в. в пределах Саратовской и Волгоградской областей. Было освоено более 80 газовых и газонефтяных месторождений, среди которых особенно выделялись Коробковское, Урицкое, Степновское с начальными запасами от 20 до 65 млрд. м3. В 1976 г. было открыто Астраханское газоконденсатное месторождение, крупнейшее в европейской части России. Особенность его газа – большое содержание сероводорода (25%) и двуокиси азота (14–15%), что создает неблагоприятные экологические условия и сдерживает объем добычи.