Sikkim nằm trên dãy Himalaya, có đặc trưng là địa hình núi non. Hầu hết Sikkim là đồi núi, với cao độ dao động từ 280 mét (920 ft) đến 8.586 mét (28.169 ft). Đỉnh Kangchenjunga trên biên giới Sikkim-Nepal là đỉnh cao thứ ba trên Trái Đất và là đỉnh cao nhất tại Sikkim.[4] Ở hầu hết các nơi, đất đai không thích hợp cho nông nghiệp vì có nhiều đá, dốc đứng. Tuy nhiên, một số sườn đồi được cải tạo thành các ruộng bậc thang. Nhiều dòng chảy bắt nguồn từ tuyết tan tạo thành các thung lũng sông ở phía tây và phía nam của bang. Các dòng chảy này hợp lại thành sông Teesta và chi lưu Rangeet của nó, chúng chảy từ bắc xuống nam của bang.[26]

Dãy Himalaya bao quanh biên giới phía bắc, phía đông, và phía tây của Sikkim. Hạ Himalaya nằm ở phía nam của bang và là vùng dân cư đông đúc nhất. Bang có trên 80 sông băng,[27] 227 hồ có cao độ lớn, năm suối nước nóng, và trên 100 sông cùng dòng chảy. Tám đèo kết nối Sikkim với Tây Tạng, Bhutan và Nepal.[28] Các suối nước nóng của Sikkim nổi tiếng do có các giá trị về dược dụng và trị liệu. Các suối này có hàm lượng lưu huỳnh cao, tập trung gần các bờ sông; một số bốc ra hiđrô.[29] Nhiệt độ trung bình của nước tại các suối nước nóng này là 50 °C (122 °F).[30]

Các đồi của Sikkim phần lớn gồm có đá phiến ma và bán phiếm nham, tạo ra đất nâu thường xấu và nông. Đất tại Sikkim thô, với nồng độ lớn ôxít sắt; thay đổi từ trung tính đến có tính axít và thiếu các chất dinh dưỡng hữu cơ và vô cơ. Loại đất này có xu hướng nuôi dưỡng rừng thường xanh và rừng rụng lá.[31] Đá Tiền Cambri bao phủ hầu hết Sikkim, chúng có tuổi trẻ hơn nhiều so với các đồi. Đá gồm phyllit và schist, và nhạy cảm cao độ với thời tiết và xói mòn. Điều này kết hợp với lượng mưa lớn của Sikkim khiến xói mòn đất trên quy mô rộng và mất các chất dinh dưỡng trong đất. Do đó, sạt lở xảy ra thường xuyên, thường cô lập các đô thị nông thôn và các làng khỏi các trung tâm đô thị lớn.[32]

Sikkim có năm mùa: xuân, hạ, thu, đông và gió mùa từ tháng 6 đến tháng 9. Khí hậu Sikkim biến đổi từ cận nhiệt ở phía nam đến lãnh nguyên ở phía bắc. Hầu hết các khu vực có người cư trú tại Sikkim có một khí hậu ôn đới, với nhiệt độ hiếm khi vượt quá 28 °C (82 °F) vào mùa hạ. Nhiệt độ trung bình năm tại hầu hết các nơi của Sikkim là khoảng 18 °C (64 °F). Khu vực kiểu lãnh nguyên ở phía bắc có tuyết phủ bốn tháng mỗi năm, và nhiệt độ xuống dưới 0 °C (32 °F) hầu như mọi đêm.[29] Tại tây bắc bộ Sikkim, các đỉnh núi bị đóng băng quanh năm;[33] Do có cao độ lớn, nhiệt độ trên các dãy núi có thể xuống thấp −40 °C (−40 °F) vào mùa đông. Trong thời kỳ gió mùa, các cơn mưa lớn làm tăng nguy cơ lở đất. Sương mù ảnh hưởng đến nhiều nơi tại Sikkim vào mùa đông và trong thời kỳ gió mùa, khiến giao thông trở nên khó khăn.[34]