Ratanakiri có địa hình đa dạng, bao gồm các vùng đồi lượn sóng, các ngọn núi, các cao nguyên, lưu vực đất thấp, và hồ miệng núi lửa. Hai sông lớn là sông Sê San và sông Sêrêpôk, chảy từ đông sang tây qua địa bàn tỉnh. Ratanakiri có các khu rừng xum xuê; vào năm 1997, 70–80% diện tích tỉnh có rừng che phủ, hoặc là rừng trồng lâu năm hoặc là rừng thứ sinh sau hoạt động du canh.[30] Ở xa về phía bắc của tỉnh là các núi thuộc dãy Trường Sơn; có đặc trưng là các khu rừng thường xanh lá rộng rậm rạp, đất đai tương đối xấu, và đời sống hoang dã phong phú.[31] Các vùng đất cao giữa hai sông Sê San và sông Sêrêpôk là nơi sinh sống của đại đa số dân cư Ratanakiri, là một cao nguyên bazan nhiều đồi có đất đỏ phì nhiêu.[31] Rừng thứ sinh chiếm ưu thế tại vùng này.[32] Phía nam của sông Sêrêpôk là một khu vực bằng phẳng với các khu rừng lá rụng nhiệt đới.[31]

Giống như các nơi khác tại Campuchia, Ratanakiri có khí hậu gió mùa với một mùa mưa kéo dài từ tháng 6 đến tháng 10, một mùa mát từ tháng 11 đến tháng 1, và một mùa nóng từ tháng 3 đến tháng 5.[33] Ratanakiri có khuynh hướng mát hơn những nơi khác tại Campuchia.[33] Nhiệt độ cao ban ngày trung bình tại tỉnh là 34 °C (93,2 °F), và nhiệt độ thấp ban đêm trung bình là 22,1 °C (71,8 °F).[34] Lượng mưa hàng năm xấp xỉ 2.200 milimét (87 in).[34] Nạn lụt thường xuất hiện vào mùa mưa và càng trở nên trầm trọng sau khi xây dựng đập thủy điện Yaly.[35]

Ratanakiri có một số trong số các hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới đất thấp và rừng sơn địa đa dạng sinh học nhất tại Đông Nam Á lục địa.[36] Một nghiên cứu vào năm 1996 về hai địa điểm tại Ratanakiri và một địa điểm tại tỉnh Mondulkiri láng giềng ghi nhận 44 loài thú, 76 loài chim, và 9 loài bò sát.[37] Một nghiên cứu vào năm 2007 của Vườn quốc gia Virachey thuộc Ratanakiri ghi nhận 30 loài kiến, 19 loài muỗm, 37 loài cá, 35 loài bò sát, 26 loài lưỡng cư, và 15 loài thú, bao gồm một số loài chưa từng được quan sát trước đó.[38] Những loài hoang dã tại Ratanakiri gồm có voi châu Á, bò tót, và khỉ.[30] Ratanakiri là một địa điểm quan trọng trong việc bảo tồn các loài chim gặp nguy hiểm, bao gồm cò quăm lớn và già đẫy lớn.[30] Các khu rừng của tỉnh có hệ thực vật đa dạng; một nửa hécta rừng có 189 loài cây gỗ và 320 loài thực vật mặt đất và cây nhỏ đã được nhận dạng.[30]

Gần một nửa Ratanakiri được đặt trong các khu vực bảo tồn,[39] trong đó gồm có Khu bảo tồn loài hoang dã Lomphat và vườn quốc gia Virachey. Tuy nhiên, trong các khu bảo tồn này vẫn còn các hoạt động đốn gỗ, săn bắn, và khai thác khoáng sản bất hợp pháp.[40] Mặc dù tỉnh được biết đến là có môi trường tương đối hoang sơ, song hoạt động phát triển gần đây sản sinh ra các vấn đề môi trường.[41] Mô hình sử dụng đất đang thay đổi do dân số tăng tốc và các hoạt động nông nghiệp và đốn gỗ tăng cường.[42] Xói mòn đất ngày càng tăng, và các vi khí hậu đang thay đổi.[42] Việc mất môi trường sống và săn bắn không bền vững góp phần vào sự suy giảm tính đa dạng sinh học của Ratanakiri.[43]