修建地铁本身就是一项庞杂的工程，而复杂的地质条件为兰州地铁施工带来难度。兰州是一座黄河由西向东穿城而过，南北狭窄而东西长的带状盆地城市，地铁工程涉及地层主要有黄土状粉土、粉质粘土、粉细砂及薄层淤泥、砂卵砾石层、泥岩、砂岩、砾岩、间夹砾质页岩、泥质夹砂岩等。
兰州地铁线路主要穿行于黄河河漫滩及一、二级阶地下部砂卵石及第三系砂岩层中，进行地铁建设是可行的。卵石地层松散、含水量高、水压较大，施工困难；第三系砂岩、泥岩地层成岩作用差，岩体极其软弱，风化作用强烈，风化层厚度大，在水及强烈风化作用下，上层岩体基本成散状。根据建设规划，兰州地铁工程的结构主要为地下结构，在各条线穿越城市中心区的部分均采用地下方案。线网两侧，尤其是在市中心区域，建筑林立，商业繁华，交通密集，人流集中，地下管线密布，地下段的施工方法的选取不仅要满足地铁本身的使用功能，同时还要满足合理开发利用地下空间，并规避由于施工给周围环境带来的不良影响。
为了减少线路建设中对城市交通的影响，根据规划，在有条件的地区将采用盾构法施工，不占用路面。盾构法是一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。