先秦時代，今光塔街地區(qū)屬南海溺谷灣一部分，分布著大大小小的沙洲和島嶼，海水可直達越秀山南麓。經(jīng)當代地質(zhì)鉆孔勘探，在天成路、大德路、光塔路的地層下，都發(fā)現(xiàn)古時的蠔殼；在大德路地層下發(fā)現(xiàn)泥蚶。蠔與蚶均為海洋貝類動物。

至秦漢時期，隨著北江、西江和東江沖下來的泥沙日益堆積，形成沖積平原，海水向南退去，溺谷灣消失，珠江河道成形。至兩晉時期，珠江北岸在今惠福西路一線，原江中的沙洲、島嶼連成一片，出現(xiàn)丘陵起伏的地形。

惠福西路北側(cè)，五仙古觀東側(cè)為紅色砂礫巖崗地，名為坡山，是廣州老城區(qū)中唯一的天然巖石露頭，明末清初屈大均在《廣東新語》中稱：“（廣州）城中天然之石惟此，余皆客石。”坡山南麓突出江邊，狀如岬角，是一個天然避風良港。

由于河道的天然淤積，加上南宋以后廣州人口快速增長，西澳碼頭區(qū)一帶成為繁華商業(yè)區(qū)，舟楫繁多，人煙稠密，人們不斷填地建房，以滿足居住需要，珠江北岸岸線逐年南移。直到1931年，以海珠石并入北岸為標志，珠江北岸基本定形。今坡山古渡遺址距離珠江已約1000米。從光塔的入口處低于地面以下兩米多，亦可證一千多年來地勢的變化。

光塔街北部屬越秀山余脈，東、西、北三面均有岡丘環(huán)繞，地勢較高，成陸較早。象崗、西山、席帽山、龜岡、浮丘等地名，至近代猶存。光孝寺即倚西山而建，昔寺內(nèi)有聯(lián)云：“唐漢無雙寺，古今第一山”；又云：“祗園開嶺表，此是第一名山”。其地勢之崇，概可想及。然今光塔街一帶已成平坦之地，云臺里海拔約11米，光孝路海拔約20米。

東漢以前，今光塔街范圍未完全成陸。據(jù)《水經(jīng)注》載，三國時交州刺史步騭登象崗遠眺，“睹巨海之浩茫，觀原藪之殷阜”，今光塔街部分地區(qū)在“巨?！敝?。至兩晉時，珠江廣州段河道已漸成形，北岸即在今光塔街。南漢、宋初時，中山六路以西仍是可停泊上千船只的河道，水域?qū)掗?，水勢泓汯。清乾隆年間（1736—1796），有人在元妙觀（今中六電腦城）旁種菜，挖出了一條唐、宋時期的海船，在船艙里找到了許多古錢幣。清道光朝《南海縣志》稱：“唐宋前此處尚屬瀕海巨浸耳。”其后河道逐漸被填埋，陸地連成一片，形成沖積平原。

光塔街古時地下水資源十分豐富，名井頗多。唐代廣州四大名井的日泉井、月泉井，均在光塔街范圍內(nèi)。日泉井傳在今詩書路，清代樊封《南海百詠續(xù)篇》稱：日泉井“在內(nèi)城詩書街龍王廟神座下”，因“每晨日出，井中輒有一日影，與月泉遙相輝映”。

月泉井在解放中路玉華坊（一說在惠福西路），月出則映照井底，光熒澄澈。屈大均在《廣東新語》中有詩詠日月二泉井：“月泉西出日泉東，日月光生二井中。南海波潮從口上，朱明門戶與心通。朝含真氣知天一，夕有清光似碧空。汲取寒華供茗飲，仙人美祿此無窮?！?/p>

日月二泉今均已湮滅，越秀區(qū)僅存兩個活泉眼，一為珠泉，在藥洲；一為陀泉，在五仙觀“仙人拇跡”凹穴內(nèi)，清水常年汩汩而出。

除此之外，如甜水巷中的甜水井，被屈大均列為廣州十大“佳泉”之一。中山六路有琪林蘇井，位置約在今中六電腦城，傳為蘇東坡所鑿，亦為廣州名井之一。海珠中路有龍起井，據(jù)清代記載，乾隆三十八年（1773），連下多日暴雨，西潦盛漲，“夜聞井中濤聲震沸，至曉不休。未幾，白云山水陡發(fā)，由沙河直注，沖崩小北門，遍灌三城，而小南、大東城扉，為水撼閉……事定方知井沸之由，蓋泉脈下通江潮。”（樊封《南海百詠續(xù)編》）凡此對研究廣州水文情況，皆有重要參考價值。

今海珠中路在唐、宋時有南濠，水通西澳，今猶存南濠街地名。海珠中路舊名西濠街，為南宋、元時護城水道所在。南宋以后，西澳逐漸淤塞湮沒，在今海珠中路與惠福西路相交處以北，僅存大古渠，與南濠相接，入玉帶濠出珠江。明代三城合一，重修西城，舊西濠及南濠均填為街巷。

宋代在廣州大興水利，利用城里的天然溪水溝塹，開鑿六條大水渠，史稱“六脈渠”，為廣州最重要的排水系統(tǒng)。經(jīng)過歷朝歷代不斷修葺，宋代六脈渠有的改道了，有的變窄了，有的分出了很多支渠，因此，宋代六脈渠與明代六脈渠、清代六脈渠，并不完全一致。

在宋六脈中，有四脈從今光塔街經(jīng)過。其中一脈，由今六榕寺附近起，經(jīng)今惠福西路入大古渠；一脈由今凈慧路起，經(jīng)今海珠北路、擢甲里、光塔路入大古渠；一脈由今光孝路起，經(jīng)今詩書路、尚果里入南濠；一脈由今人民公園起，經(jīng)賢藏街、馬鞍北街出城。民國以降，隨著城市的開發(fā)建設，六脈渠均被填平，不復存在。今光塔街已無地表水道，降雨形成的逕流大部分通過地下排水系統(tǒng)，匯入珠江。