Kotlina ze wszystkich stron otoczona jest górami, tylko od południowego wschodu poprzez wąski odcinek doliny Bobru łączy się przez obniżenie Leska z Kotliną Kamiennogórską, a w kierunku północno-zachodnim przez przełomowy odcinek Bobru między Górami Kaczawskimi i Rudawami Janowickimi z Kotliną Jeleniogórską.
Południowo-zachodni fragment Kotliny Marciszowskiej stanowią Góry Lisie, które niekiedy zaliczane są do Rudaw Janowickich lub do Wzgórz Bramy Lubawskiej.
Południowo-zachodni fragment kotliny położona jest na obszarze Rudawskiego Parku Krajobrazowego.
Budowa geologiczna Kotlina zajmuje północno-zachodni fragment niecki śródsudeckiej. Występują tu dolnokarbońskie piaskowce i zlepieńce, które przykryte są warstwą osadów czwartorzędowych, w tym także osadów polodowcowych. Ostateczny wygląd kotliny nastąpił w okresie epoki lodowcowej, kiedy to lądolód skandynawski naniósł w doliny i obniżenia grubą warstwę osadów oraz spowodował zmianę odpływu wód z Kotliny, gdyż wcześniej pra-Bóbr płynął na północ, w stronę doliny Kaczawy, a w czasie zlodowacenia utworzył nową, przełomową dolinę ku zachodowi, w stronę Kotliny Jeleniogórskiej.