Główne rysy dzisiejszego ukształtowania powierzchni Śląska Opolskiego zasadniczo są związane z procesami rozwoju reliefu w okresie przedczwartorzędowym i odzwierciedlają długą i skomplikowaną historię geologiczną. Drobniejsze formy reliefu zawdzięczają swoje powstanie późniejszym etapom historii geologicznej, głównie działalności lądolodu skandynawskiego, a następnie pracy erozyjnej i akumulacyjnej Odry. Lądolód przyniósł ze sobą ogromne ilości materiału w postaci glin, piasków, żwirów i głazów i częściowo zmienił nimi poprzednią rzeźbę, a częściowo urozmaicił, sypiąc wzniesienia morenowe. Badania geologiczne wykazały istnienie na Nizinie Śląskiej ścisłego związku starszych warstw ziemi ze strukturą sudecką. Dziś przyjmujemy (Przała, 1963), że są to rynny przedtrzeciorzędowe powstałe prawdopodobnie na drodze tektonicznej, które później wytyczyły trasę biegu rzek: Odry i Nysy. Obie rynny wypełniają młodsze utwory miocenu i pliocenu, zaliczane do okresu trzeciorzędowego oraz osady lodowcowe, wśród których sterczą pojedyncze, małe wysepki formacji kredowej. Na naszym terenie występują one między Stobrawą a Karłowicami i prawdopodobnie mają związek z formacją kredową w okolicach Opola. We wsi Wapienniki (około 3 km od Karłowic) w wieku XVIII i na początku wieku XIX istniał nawet kamieniołom, w którym eksploatowano margiel kredowy.

Po okresie trzeciorzędowym nastąpiło w plejstocenie gwałtowne oziębienie klimatu i silne opady wskutek czego został utworzony w Skandynawii lądolód, który na całej Nizinie Śląskiej pozostawił swoje ślady - zlodowacenia krakowskie oraz środkowo-polskie. Ostateczny kształt formom terenu Ziemi Opolskiej nadał lądolód środkowo-polski. Z okresu jego topnienia pochodzi morena denna, która występuje przede wszystkim w lewobrzeżnej części Odry. Charakteryzuje ją na ogół płaska lub lekko sfalowana równina zbudowana z gliny zwałowej, częściowo zmarglonej z licznymi głazami narzutowymi Głazy narzutowe są pospolitymi kamieniami polnymi, które powszechnie używano jako materiał budowlany.

Z punktu widzenia geologicznego i morfologicznego na uwagę zasługują na terenie Ziemi Opolskiej moreny czołowe, których powstanie związane jest z dłuższym postojem lądolodu środkowo-polskiego na linii dolnej Nysy Kłodzkiej i dolnej Stobrawy. Odpowiednikiem jego są moreny czołowe występujące w kilkukilometrowym oddaleniu od doliny Odry na wysokości do 183 m n.p.m. Odra przebijając się przez ten pas moren w okolicach wsi Stobrawa, znacznie zwęża swoją dolinę, nadając jej charakter przełomowy.

Ostatnie zlodowacenie, zwane bałtyckim, nie objęło swoim zasięgiem Śląska, dlatego obszar Ziemi Opolskiej nie uległ wielkim zmianom. Wszystkie osady, które się wówczas tworzyły i dzisiaj powstają, geologia zalicza do tak zwanych utworów aluwialnych. Spotykamy je przede wszystkim na obszarze zalewowym Odry i jej dopływów. Występują one w postaci piasków, żwirów i iłów, z których najważniejszymi pod względem gospodarczym są żyzne namuły zwane madami odrzańskimi.

Wieś Karłowice kształtuje przeważnie krajobraz równinny, bo tak jak większość województwa opolskiego, leży ona w południowej części Niziny Śląskiej, a ściślej na Równinie Opolskiej. Pewne urozmaicenie wprowadzają liczne cieki wodne i skupiska zadrzewień. Ta malownicza miejscowość na prawym brzegu rzeki Stobrawa - dopływie Odry, otoczona jest dużym kompleksem leśnym zwanym Borami Stobrawskimi.