地形地貌  地处欧亚大陆，属海岛丘陵地带，为天台山脉向东北延伸部分，境内岛屿呈西南～东北排列。地形分为高丘、低丘和平原，呈环形分布。丘陵面积356平方千米，占陆地面积65%。濒海有滩涂和海湾。

境内最高处是黄杨尖山，位于区境东北部。主峰海拔503.6米，总面积1.49平方千米。

高丘  分布舟山岛、金塘岛东部、大猫岛中部和册子岛西部。多为南缓北陡，顶部较平，土层厚1米左右，多石砂土。面积137平方千米。

低丘  分布舟山岛高丘周围、金塘岛北部、南部及其他小岛，面积约220.2平方千米。坡度较缓，地形起伏，岗顶平坦，海蚀阶地发育，夹较宽河谷。

平原  狭小零散，分布岛屿四周港湾地带，面积约166平方千米。按成因分海积、河谷、连岛平原三类。海积平原发育于全新世沉积层，分布舟山岛的临城、定海城区、盐仓、双桥、岑港、小沙、马岙、干（石览）、白泉、北蝉沿海，金塘岛港湾、册子岛南岙、长白岛、岙山岛；河谷平原系溪流冲积而成，呈舌状分布于河谷间，多与海积平原相连，海拔6米以上，倾斜度较大；连岛平原系岛屿经筑塘促淤相连的成片海涂，表面平坦，海拔2米左右，灰色粉土质亚黏土，土层厚4～40米不等。

滩涂  各岛沿海均有分布，总面积9.56万亩，外侧与海相连，内侧与海塘或壁岸相接，高程海拔0.8米以下。可供围垦造地和发展、种养殖生产。

大多数岛屿东北岸、北岸及流速较急航门、水道两侧，因长期受海浪和沿岸流冲击，发育成海蚀地貌，形成海蚀岸，海蚀柱、海蚀穴、海蚀巷道等岩脉，奇石怪洞千姿百态。

区域内有大小岛屿140.5个，其中有居民岛38.5个。境区为灰鳖洋、横水洋、峙头洋、黄大洋、大猫洋5海环抱。有定海港、老塘山港、西码头港、岑港、沥港、岙山、三江、册子等良港。出露岩石主要是火山喷出岩，土壤以红壤为主。

气候  属典型的亚热带海洋性季风气候。特点是季风交替明显，四季分明，光照充足，大风频繁，雨量丰沛，空气湿润，雨热季节变化同步。全年多大风，春季多海雾，夏秋多热带气旋（包括热带风暴、强热带风暴、台风、强台风和超强台风）。多年平均气温16.8℃，1月最冷，平均气温6.2℃，极端最低气温-4.2℃，出现在1991年12月28日。8月最热，平均27.4℃。极端最高气温40.2℃，出现在2007年7月21日。平均气温年较差39.0℃，日较差6.9℃。年均日照时数1883.3小时。年均降水量1410.8毫米，最多2002年1888.0毫米，最少2003年835.5毫米，年均降雨日数149天。

水文  境区处于钱塘江、甬江入海口，大部分水域位于舟山本岛以西，属于内侧性半封闭海域。海域底形平坦，底质以粉砂质软泥和黏土质软泥为主，水深一般在10～20米之间。横水洋有一条南北向深沟，最深处达108米。全区有河道342条，总长427.243千米；主要河道有城东河、临城河、盐仓河、紫微河以及白泉河等。最大河流为临城河，共汇集溪流42条，总长21.8千米，宽10～20米，流域面积82万平方米。截至2024年，定海区域内共有区属管理小型水库74座（总库容4094万方，正常库容4081万方）、山塘368座（省级注册山塘156座，非注册山塘212座）、河道509条490.7公里、20年一遇及以上标准海塘68条长105.5公里、沿塘水闸156座，一线强排泵站57座（总排涝流量664立方米/秒）。区域内现有集中式饮用水水源地名录22个，其中：县级以上饮用水水源地3个，农村饮用水水源地19个。22个饮用水水源地共涉及水库24座 ，总库容7067万m3，其中：20座纳入舟山本岛城乡供水一体化范畴，4座纳入金塘岛一体化供水。

矿藏及其他自然资源  辖区拥有约912平方公里的可开发海域面积，海岸线总长428.07千米，其中水深10米上深水岸线68.70千米，水深20米以上深水岸线43.10千米。港口岸线资源丰富，拥有岛屿岸线达428公里，其中海域内10米以上深水岸线达68.7公里，可供15万吨级货轮自由进出，20万吨级候潮通过，能满足国际上第四代、第五代集装箱船的通航靠泊要求。四周群岛环抱，境内水深域广，港湾众多，航道纵横，是中国南北海运和远东国际航线的黄金水道，是中国内陆与世界主要港口通航最便捷的起航点之一。

生物资源十分丰富。有常见鱼类80种，小型虾类17种，贝类134种及其他海藻类、哺乳类海洋生物。野生动物中有兽类13种，两栖类8种，爬行类25种，鸟类164种；淡水水生动物126种。野生植物类型复杂，种类繁多。有山地植物12群系，果树近200种，花卉59科152种。古树名木中500年以上国家一级古树1株，300年以上国家二级古树7株，100年以上国家三级古树230株；有世界极危物种1种（中华凤头燕鸥）；世界濒危物种1种（黑脸琵鹭）；世界受胁物种1种（黄嘴白鹭）；国家二级保护动物3种（大凤头燕鸥、黄嘴白鹭和角鸊鷉），国家二级保护鸟类8种：鹗、红隼、小隼、赤腹鹰、雀鹰、松雀鹰、白尾鹞和普通鹱（白额鹱）等。

自然灾害  主要自然灾害有热带风暴（台风）、暴雨、大雪、旱涝、连阴雨等。最严重的一次台风暴雨侵袭灾害发生在1983年9月25日～28日，受10号台风影响，风速达19米/秒，雨量104.3毫米，冲决海塘46条、碶门6座，损失船只63艘，倒屋329间，死2人，伤18人，受灾农田12万亩，造成严重经济损失。

2005年 3月12日零时后起降大雪，至上午8时前后雪止，积雪厚度13厘米，达到“暴雪”标准，为1978年以来舟山最大一次降雪过程，也是自1954年有气象记录以来3月份出现的最大一次降雪。积雪封岭堵道，部分岛际交通和海上航线受阻停航，引发6起汽车侧翻伤人损车事故，造成严重经济损失。