大理州地处云贵高源与横断山脉结合部位，地势西北高，东南低。地貌复杂多样，点苍山以西为高山峡谷区。点苍山以东、祥云以西为中山陡坡地形。境内的山脉主要属云岭山脉及怒山山脉，点苍山位于州境中部，如拱似屏，巍峨挺拔。北部剑川与丽江地区兰坪交界处的雪斑山是州内群山的最高峰，海拔4295米。最低点是云龙县怒江边的红旗坝，海拔730米。州内湖盆众多，面积在1.5平方公里以上的盆地有18个，面积共1871.49平方公里。占全州总面积的6.6％。盆地多为线形盆地，呈带状分布，从西向东排列为6个带。第四纪山岳冰川遗址分布于洱海以西，永平以北的高山区，大理点苍山是我国最后一次冰期“大理冰期”的命名地。主要河流属金沙江、澜沧江、怒江、红河(元江)四大水系，有大小河流160多条，呈羽状遍布全州。州境内分布有洱海、天池、茈碧湖、西湖、东湖、剑湖、海西海、青海湖8个湖泊。洱海位于大理市境东部，是云南省第二大内陆淡水湖泊，风光明媚，素有“高原明珠”之称，为国家级重点风景名胜区。

大理境内以老君山—点苍山—哀牢山一线的大断裂为界，构成两大部分。东部属扬子准地台区，西部属藏滇地槽褶皱区(又称三江区)。其东部扬子准地台区，西以洱海—红河深(大)断裂为界，往东延入楚雄州境，为扬子准地台西缘的一部分。其西部藏滇地槽褶皱区，是州境内西部及南部广大地区，东以洱海一红河深(大)断裂为界，西至怒江、澜沧江河谷，呈南北纵贯州境。

大理地处低纬高原，在低纬度、高海拔地理条件综合影响下，形成年温差小，四季不明显的气候特点，“四时之气，常如初春，寒止于凉，暑止于温”，四季温差不大。全州由于地形地貌复杂，海拔高差悬殊，气候的垂直差异显著。气温随海拔高度增高而降低，雨量随海拔增高而增多。河谷热，坝区暖，山区凉，高山寒，立体气候明显。