湖北省地勢大致為東、西、北三麵環山，中間低平，略呈向南敞開的不完整盆地。在全省總麵積中，山地占56%，丘陵占24%，平原湖區占20%。
湖北省山地大致分為四大塊。西北山地為秦嶺東延部分和大巴山的東段。秦嶺東延部分稱武當山脈，呈北西～南東走向，嶺脊海拔一般在1000米以上，最高處為武當山天柱峰，海拔1621米。大巴山東段由神農架、荊山、巫山組成。神農架最高峰為神農頂，海拔3105米，素有“華中第一峰”之稱。荊山呈北西～南東走向，其地勢向南趨降為海拔250～500米的丘陵地帶。巫山地質複雜，水流侵蝕作用強烈，一般相對高度在700～1500米之間，局部達2000餘米。長江自西向東橫貫其間，形成長江三峽，水利資源極其豐富。西南山地為雲貴高原的東北延伸部分，主要有大婁山和武陵山，呈北東～南西走向，一般海拔高度700～1000米，最高處獅子堖海拔2152米。東北山地為綿亙於豫、鄂、皖邊境的桐柏山、大別山脈，呈北西～南東走向。桐柏山主峰太白頂海拔1140米，大別山主峰天堂寨海拔1729米。東南山地為蜿蜒於湘、鄂、贛邊境的幕阜山脈，略呈西南～東北走向，主峰老鴉尖海拔1656米。
丘陵湖北省丘陵主要分布在兩大區域，一為鄂中丘陵，一為鄂東北丘陵。鄂中丘陵包括荊山與大別山之間的江漢河穀丘陵，大洪山與桐柏山之間的水流域丘陵。鄂東北丘陵以低丘為主，地勢起伏較小，丘間溝穀開闊，土層較厚，宜農宜林。
湖北省內主要平原為江漢平原和鄂東沿江平原。江漢平原由長江及其支流漢江衝積而成，是比較典型的河積～湖積平原，麵積4萬多平方公裏，整個地勢由西北微向東南傾斜，地麵平坦，湖泊密布，河網交織。大部分地麵海拔20～100米。鄂東沿江平原也是江湖衝積平原，主要分布在嘉魚至黃梅沿長江一帶，為長江中遊平原的組成部分。
湖北地處亞熱帶，位於典型的季風區內。全省除高山地區外，大部分為亞熱帶季風性濕潤氣候，光能充足，熱量豐富，無霜期長，降水充沛，雨熱同季。全省大部分地區太陽年輻射總量為85-114千克/微米。
湖北多年平均實際日照時數為1100-2150小時。其地域分布是鄂東北向鄂西南遞減，鄂北、鄂東北最多，為2000-2150小時；鄂西南最少，為1100-1400小時。其季節分布是夏季最多，冬季最少，春秋兩季因地而異。
氣溫湖北省年平均氣溫15-17℃，大部分地區冬冷、夏熱，春季溫度多變，秋季溫度下降迅速。一年之中，1月最冷，大部分地區平均氣溫2-4℃；7月最熱，除高山地區外，平均氣溫27-29℃，極端最高氣溫可達40℃以上。全省無霜期在230-300天之間。
湖北省降水地域分布呈由南向北遞減趨勢，鄂西南最多達1400-1600毫米，鄂西北最少為800-1000毫米。降水量分布有明顯的季節變化，一般是夏季最多，冬季最少，全省夏季雨量在300-700毫米之間，冬季雨量在30-190毫米之間。6月中旬至7月中旬雨量最多，強度最大，是湖北的梅雨期。
湖北素有“千湖之省”之稱。境內除長江、漢江幹流外，省內各級河流河長5公裏以上的有4228條，另有中小河流1193條，河流總長5.92萬公裏，其中河長在100公裏以上的河流41條。長江從西向東，流貫省內26個縣市，西起巴東縣鯿魚溪河口入境，東至黃梅濱江出境，流程1041公裏。境內的長江支流有漢水、沮水、漳水、清江、東荊河、陸水、灄水、倒水、舉水、巴水、浠水、富水等。其中漢水為長江中遊最大支流，在湖北境內由西北趨東南，流經13個縣市，由陝西白河縣將軍河進入湖北鄖西縣，至武漢彙入長江，流程858公裏。