张家界市地貌构造复杂，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。武陵山脉自贵州云雾山分支，入张家界市后又分成三支山系贯穿城市全境。张家界市境内山峦重叠，地表起伏很大，最高点海拔1890.4米，最低点海拔75米。

市境地貌以山地为主，地势西北高，沿澧水倾斜，中部沿澧水两 岸呈北东向缓低，南部山地向沅水递降。武陵山脉自贵州云雾山分支入张家界市，又分三支。北支由湖北来凤 龙山入市辖桑植县历山, 桂英山，青龙山；中支沿澧水之北有天星山，红溪山，朝天山，青岩 山，茅花界。南支行于澧水，沅水之间，有七星山，崇山，天门山， 延入慈利县的大龙山，天合山。三支均到东到洞庭湖冲积平原而消失。

张家界的气候适中，地处北中纬度，属中亚热带山原型季风湿润气候。因此，雨量丰沛（历年平均降水量为1400毫米），阳光充足，无霜期长，严寒期短，年平均气温16℃ 左右。夏季最热月气温27℃ ，冬季最冷月平均气温为4.3 ℃（以1月最冷，极端气温在零度左右到4℃ ）。