地处秦巴山区西段，北靠秦岭、南倚米仓山（即大巴山西段），中为汉江上游谷地平坝（即汉中盆地）。地势南北高，中间低，形成了“两山夹一川”的地貌骨架。

　　秦岭位于市域北部，境内部分南北宽50～60公里，东西长220公里；山势自南而北呈阶梯状上升，一般海拔高1500～2000米，主分水岭上有2000米以上的高峰数座，为本市与关中渭河流域的分水岭，如紫柏山（2610米）、摩天岭（2603米）、玉皇山（2278米）等，最高峰为洋县北部活人坪梁海拔3071米。

　　秦岭顶部（佛坪县金水河、椒溪河上游）遗留有古冰川活动形成的围谷、冰床、角峰、槽谷等地貌。秦岭峰峦起伏，水系发育，横切山梁，沟谷断崖交错，山间广布盆地坝子。

　　大巴山位于本市南部，山势北陡南缓，中西段走向西东。一般海拔高1500～2000米，最高峰为镇巴县境内的箭竿山，海拔2534米，是本省、本市与四川省分界岭。米仓山因褶皱、抬升、断裂作用强，山势峭拔，沟狭谷深，奇峰幽秀，以险峻闻名。石灰岩分布区山势陡峭，多露岩和奇异的熔岩，花岗岩和砂岩分布区多浑圆状和平梁状山丘。河流或沿构造走向分布，或者垂直切割走向，形成格状水系分布。众多河流曲折迂回其间，山间坝子众多，较大的有宁强县关口坝、大竹坝，南郑县元坝、碑坝，西乡县大河坝和镇巴县渔渡坝等。秦岭和米仓山大体以汉江为界，西部则以桑树湾至燕子碥、广坪连线为界，北属秦岭山地，南为米仓山区。中间为汉中盆地，汉江发源宁强县，横穿盆地中部，流经勉县、南郑县、汉中市、城固县、洋县和西乡县境。盆地周边为丘陵、低山和众多小平坝。

　　汉中盆地东西狭长，西起勉县武侯镇，东到洋县龙亭铺大龙河口，东西长约126公里，南北宽约5～20公里，至汉中市附近宽达25～30公里。盆地内汉江两岸分布有多级阶地，地面坡度在1°～10°之间；从河床向两边，依次为漫滩地，一级、二级、三级阶地。另外，汉江较大支流牧马河、泾洋河在西乡县城东北汇合，形成冲积的宽谷坝子，即西乡盆地。

　　嘉陵江南北纵贯本境西部。略阳县何家岩至金池院、宁强县烈金坝以西，阳平关、中坪至金山寺属嘉陵江流域，面积7554平方公里，占全市总面积的27.7%，主要地貌为低山丘陵。

　　全市以山地为主，中高山区面积占总面积27246平方公里的57%，低山、丘陵占32.8%，平坝仅占10.2%。全地区海拔最低处在西乡县茶镇南沟口371.2米，与最高点活人坪（3071米）相对高差达2699.8米。