张家界市的地层复杂多样，造化了当地的特色景观。主要有山地、岩溶、丘陵、岗地和平原等，山地面积占总面积的76%，其中最具特色的是石英砂岩峰林地貌，为世界罕见。城市地势西北高，沿澧水向东南倾斜。
张家界地处北中纬度，属中亚热带山原型季风性湿润气候，光热充足，雨量充沛，无霜期长，严寒期短，四季分明，历年平均日照、气温和降水量分别为1440小时、16度和1400毫米左右，历年平均无霜期在216天至269天之间。受地形、地貌等因素的影响，境内气候复杂多变，干旱洪涝、大风冰雹等自然灾害也比较频繁。年均气温17℃，1月平均气温5.1℃，7月平均气温28℃，年降水量1400毫米
