金华地处金衢盆地东段，为浙中丘陵盆地地区，地势南北高、中部低。“三面环山夹一川，盆地错落涵三江”是金华地貌的基本特征。市境的东、东北有大盘山、会稽山，南属仙霞岭，北、西北接龙门山及千里岗山脉。山地内侧散布起伏相对和缓的丘陵，以江山——绍兴断裂带为界又分为北部丘陵和中部丘陵，市境的中部，以金衢盆地东段为主体，四周镶嵌着武义盆地、永康盆地等山间小盆地，整个大盆地大致呈东北——西南走向，西面开口，由盆周向盆地中心呈现出中山、低山、丘陵岗地、河谷平原阶梯式层状分布的特点。盆地底部是宽阔不一的冲积平原，地势低平。上游东阳江自东而西流经东阳、义乌、金东区，再汇合武义江而成金华江，其北流在兰溪城区汇入兰江。兰江北流至将军岩入建德市境。将军岩海拔22米，为金华市最低点。
境内干米以上的山峰有208座。位于武义与遂昌交界处的牛头山主峰，海拔1560.2米，为金华市最高峰。境内山地以500－1000米低山为主，分布在南北两侧。
金华市境的东、东北有大盘山、会稽山，南属仙霞岭，北、西北接龙门山及干里岗山脉。仙霞岭山脉从闽、赣交界的武夷山延伸入境，至武义县、婺城区南部和永康市境，向东北延续为大盘山和天台山脉，山体多由火山岩和花岗岩构成。大盘山是钱塘江、曹娥江、椒江和瓯江部分支流的源地和分水岭。
会稽山为天台山支脉，主体朝东北方向伸展，西南段延伸至东阳北部和义乌，山体主要由火山熔岩、碎屑岩构成。主峰东白山位于东阳、诸暨、嵊州交界处。龙门山界于富春江与浦阳江之间，分布在浦江、婺城区和金东区北部、兰溪及义乌西缘，山体主要由中生代火山熔岩和碎屑岩构成，局部为花岗岩和石灰岩，其余脉金华山呈块状山地，北隔墩头盆地与龙门山脉相连。
千里岗山脉由赣东北怀玉山脉延伸入境，余脉至兰溪与建德市交界处，山体由沉积碎屑岩组成，中心部分为干里岗砂岩。延伸入境的山系受华夏构造控制，山脉大多呈东北一西南走向，同时受东北一西南和东西向断裂带的切割，延伸出来的众多支脉纵横交织，山形破碎、峰岭交错。
金华属亚热带季风气候。总的特点是四季分明，年温适中，热量丰富，雨量丰富，干湿两季明显。春季气温回升快，但气温变化不定，春末夏初雨水集中，时有冰雹大风；夏季长而炎热，且雨热同步上升，常有干旱；秋季凉爽，空气湿润，时间短；冬季晴冷干燥，大气层结稳定。年度总的光热水条件优越，但时空分布不均匀。盆地小气候多样，有一定垂直差异。由于季风气候的不稳定性，干旱、洪涝等灾害性天气频繁。
金华市年平均气温呈“～”型曲线变化，尤其是80年代后期起年平均气温呈明显上升趋势，如金华年平均气温53平均值为17.5℃，1984年为16.6℃，2005年为18.2℃。2012年平均气温为16.7℃（浦江）～18.2℃（永康），金华、东阳、永康地区偏高0.1～0.3℃，其他地区偏低0.1℃～0.4℃。
金华年降雨量较为充沛，但雨量的季节变化和年际变化、地域差异都很大。季节降雨量分布呈单峰型，为春雨多、梅雨量大，夏秋冬雨量少。金华年总降雨量平均为1424mm，多数年份降水量均在正负20%距平范围内振荡，降雨量最多年份出现1918年为1918mm，降雨量最少年份出现1978年为963mm。