忻州市位于山西省北中部,黃土高原東端。地貌特點是:東部群山環抱;西部丘陵起伏,溝壑縱橫。全市國土面積為25157.641平方千米,其中山區、丘陵區、盆地平川區的面積分別占全市總土地面積的53%、35.96%、10.54%。縱觀全貌,東部、北部、南部多為石質山區,西部、西北部多為黃土丘陵溝壑區,中間有一小部分斷陷盆地。 

  境內地質構造較為復雜,地層除短缺古生界的奧陶系上統、志留系、泥盆系和石炭系下統以外,其他各時代的地層均有出露,可分為太古界、古生界、中生界和新生界。 

  境內山丘居多,大小山脈數百座,是一個多山的地區。北有恒山山脈,山勢峻拔,古稱北岳,其主要山峰有禪房山、草垛山、饅頭山,古老的長城蜿蜒其間,聞名于世的雁門關聳立在群山之中;西有呂梁山,山勢雄偉,連綿不斷,森林茂密,主要山峰有蘆芽山、管涔山、云中山等;東有太行山和佛教圣地五臺山;南有系舟山。 

  過境和境內較大河流主要有黃河段、汾河、恢河、牧馬河、云中河、滹沱河、嵐漪河等。境內最大的盆地是忻定盆地,位于北緯38°20′~39°20′,東經112°30′~114°之間。四周為恒山、五臺山、云中山系環繞,滹沱河及其支流縱貫其間,是一個依山麓殘存的坡積臺階狀黃土階地與增積、洪積扇組成的盆地。海拔高度為600~1000米之間。此盆地包括定襄、忻府區、原平、代縣部分鄉鎮和五臺、繁峙的小部分平川鄉鎮,總面積2642平方千米,占全市國土地面積的10.54%。 

  忻州市地處黃土高原東緣,境內的地形、氣候、植被、土壤母質、水文以及人類生產活動等幾大成土因素都比較復雜,因而形成的土壤類型豐富。全市土壤資源主要分為亞高山草甸土、山地草甸土、山地棕壤、褐土、栗褐土、黃綿土、粗骨土、風砂土、潮土、水稻土等10種。 

  忻州全市大部分地區屬溫帶大陸性季風氣候,由于地形復雜,各地氣候差異甚大,其中忻定盆地屬暖溫帶季風氣候。氣候特點:四季分明,冬季寒冷干燥,夏季炎熱多雨,秋雨多于春雨,春溫高于秋溫,各地溫差懸殊,降水高度集中。 

  礦產資源豐富,有煤炭、鋁礬土、鐵、金、 銀、銅、水晶、云母、磷、硅石、陶瓷粘土、鈦、錳、釩、鉬及伴生鎵、鉛鋅、鎳、白云巖、硅石等。