Hầu hết trung bộ và nam bộ Hà Bắc thuộc bình nguyên Hoa Bắc. Tây bộ Hà Bắc dốc lên Thái Hành Sơn, trong khi Yên Sơn chạy qua bắc bộ Hà Bắc, bên ngoài dãy núi này là vùng thảo nguyên Nội Mông. Vạn Lý Trường Thành cắt qua bắc bộ Hà Bắc từ đông sang tây, vào trong ranh giới của Bắc Kinh một đoạn ngắn, và kết thúc ở Sơn Hải quan thuộc đông bắc Hà Bắc. Đỉnh cao nhất Hà Bắc là Tiểu Ngũ Đài Sơn (小五台山) tại tây bắc Hà Bắc, với cao độ 2882 m.

Hà Bắc giáp với Bột Hải ở phía đông. Lưu vực Hải Hà bao trùm phần lớn trung bộ và nam bộ Hà Bắc, và lưu vực Loan Hà bao trùm phần đông bắc. Nếu không tính rất nhiều hồ chứa trên các vùng đồi núi của Hà Bắc, hồ lớn nhất tại Hà Bắc là Bạch Dương điến (白洋淀), nằm hầu hết ở huyện An Tân.

Hà Bắc có khí hậu lục địa gió mùa, với mùa đông lạnh và khô cùng mùa hè nóng và ẩm. Nhiệt độ bình quân của Hà Bắc là −16 đến −3 °C (3 đến 27 °F) vào tháng 1 và 20 đến 27 °C (68 đến 81 °F) vào tháng 7; lượng giáng thủy bình quân hàng năm dao động từ 400 đến 800 milimét (16 đến 31 in)[Chuyển đổi: Tùy chọn không hợp lệ], tập trung rất nhiều vào mùa hè.