Com altitudes modestas, o relevo apresenta grandes superfícies aplainadas, talhadas em rochas sedimentares. Abrange três regiões distintas:
O estado apresenta sensível variedade de climas. Prevalece o tropical super-úmido de monção, com elevada temperatura média anual, superior a 24º C e alta pluviosidade (2.000mm anuais); e o tropical, com chuvas de verão e inverno seco, caracterizado por médias de 23°C no planalto. A pluviosidade é alta também nesse clima: excede a média anual de 1.500mm.Já em lugares elevado como Chapada dos Guimarães onde o clima é Subtropical a média anual não passa dos 17°C e podendo chegar bruscamente aos 0° no inverno . geada é uma raridade.
O estado do Mato Grosso é revestido por uma vegetação em que predominam as florestas, como prosseguimento da mata amazônica. Na área do Pantanal Mato-Grossense que permaneceu nos limites do estado ocorre um revestimento vegetal composto de cerrados e campos. A zona de florestas compreende 47% da área do estado, os cerrados 39% e os campos 14%.
A drenagem da região se faz por meio de dois sistemas, os dos rios Amazonas e Paraguai. Ao primeiro pertencem o Juruena e o Teles Pires (formadores do Tapajós), além do Xingu e do Araguaia, este na fronteira com Goiás. O principal afluente do rio Paraguai no estado é o rio Cuiabá.