东海县全县总面积2250平方公里，耕地193.82万亩，地属黄淮海平原东南边缘的平原岗岭地，地形东西长、南北短，东西最大距离70公里、南北最大距离54公里；地势西高东低，中西部平原丘陵、起伏连绵，东部地势平坦、湖荡连海。
境内主要山脉，西北有羽山，北有磨山、南有牛山、安峰山、房山等，其中羽山最高，海拔269.5米。羽山位于临沭县城东南30公里苏鲁交界处。平地崛起，东西走向，形若笔架。主峰海拔269.15米，长约7.5公里。
东海县地处淮沭下游，境内河流均属沂、沭河下游水系，主要拥有新沭河、淮沭新河、蔷薇河、鲁兰河、石安河、龙梁河等16条干支河流。除石安河、龙梁河南北流向外，其余河流大都由西向东，汇流蔷薇河入海。
新沭河，为沭河在山东省临沭县大官庄的向东分支，是沂沭泗流域的主要排洪河道之一，也是沂、沭河洪水东调的关键工程。大官庄以下、石梁河水库以上区间汇水面积976km2。自大官庄起至入海口全长80km，其中江苏境内由石梁河水库至入海口长45km，河道内滩地面积5万亩。1974年石梁河水库溢洪闸最大泄洪流量3490m3/s。
蔷薇河，蔷薇河是连云港唯一的饮用水源。
鲁兰河，鲁兰河是东海县境内最长的一条河，流经全县近一半乡镇，也是一条重要的灌溉渠。
属暖温带湿润季风气候，日照充足，雨热同季，四季分明，全年无霜期达225天，年平均日照2394小时，年平均降水913毫米。