大理州地處云貴高源與橫斷山脈結合部位，地勢西北高，東南低。地貌復雜多樣，點蒼山以西為高山峽谷區。點蒼山以東、祥云以西為中山陡坡地形。境內的山脈主要屬云嶺山脈及怒山山脈，點蒼山位于州境中部，如拱似屏，巍峨挺拔。北部劍川與麗江地區蘭坪交界處的雪斑山是州內群山的最高峰，海拔4295米。最低點是云龍縣怒江邊的紅旗壩，海拔730米。州內湖盆眾多，面積在1.5平方公里以上的盆地有18個，面積共1871.49平方公里。占全州總面積的6.6％。盆地多為線形盆地，呈帶狀分布，從西向東排列為6個帶。第四紀山岳冰川遺址分布于洱海以西，永平以北的高山區，大理點蒼山是我國最后一次冰期“大理冰期”的命名地。主要河流屬金沙江、瀾滄江、怒江、紅河(元江)四大水系，有大小河流160多條，呈羽狀遍布全州。州境內分布有洱海、天池、茈碧湖、西湖、東湖、劍湖、海西海、青海湖8個湖泊。洱海位于大理市境東部，是云南省第二大內陸淡水湖泊，風光明媚，素有“高原明珠”之稱，為國家級重點風景名勝區。

大理境內以老君山—點蒼山—哀牢山一線的大斷裂為界，構成兩大部分。東部屬揚子準地臺區，西部屬藏滇地槽褶皺區(又稱三江區)。其東部揚子準地臺區，西以洱?！t河深(大)斷裂為界，往東延入楚雄州境，為揚子準地臺西緣的一部分。其西部藏滇地槽褶皺區，是州境內西部及南部廣大地區，東以洱海一紅河深(大)斷裂為界，西至怒江、瀾滄江河谷，呈南北縱貫州境。

大理地處低緯高原，在低緯度、高海拔地理條件綜合影響下，形成年溫差小，四季不明顯的氣候特點，“四時之氣，常如初春，寒止于涼，暑止于溫”，四季溫差不大。全州由于地形地貌復雜，海拔高差懸殊，氣候的垂直差異顯著。氣溫隨海拔高度增高而降低，雨量隨海拔增高而增多。河谷熱，壩區暖，山區涼，高山寒，立體氣候明顯。