Belluno sorge su di un'altura fra l'intersecazione del torrente Ardo con il fiume Piave, a nord della regione Veneto, in un area morfologica impervia a causa della catena montuosa della Alpi, che ricopre la maggior parte del territorio, questa è la principale causa di una minore densità di popolazione rispetto al restante territorio regionale. La provincia di Belluno a nord confine con l’Austria, divenendo quindi confine di Stato, la città antica fu costruita su di un promontorio nella confluenza tra il fiume Piave e Ardo. Sempre all'interno del territorio della provincia di Belluno si trova il Parco Naturale delle Dolomiti Bellunesi.

Il territorio montuoso è composto da diversi rilievi che qui si intersecano fra loro: Alpi Carniche a nord, a ovest le Dolomiti al confine con la regione del Trentino Alto Adige, Gruppo delle Marmarole, Gruppo di San Martino, Monti del Sole e Gruppo dei Cadini. Le vette più imponenti sono: Monte Antelao (3263 m), Monte Civetta (3220 m), Sorapiss (3205 m), Monte Pelmo (3168 m).

All’interno dei rilievi montuosi si trovano le valli, fra le quali : Valle d’Ampezzo che segue il corso del fiume Boite, Valle di Zoldo lungo il fiume Maè, Valle di Canzoi e la Valle Travenanzes.

Tra fiumi più importanti che attraversano la provincia troviamo il celebrato fiume Piave, nel quale si gettano diversi affluenti come: Maè, Boite, Ansiei, Cordevole e l’Ardo; mentre fra i laghi si ricordano: lago S. Croce, Lago di Pieve di Cadore , lago di Mis, lago di Corlo e il lago Morto.