雨花台区地处长江下游，地势东南高，西北低。属丘陵平原地区，境内有山、有水、有圩、有洲。地形可分为低山丘陵、岗地和平原三个地貌形态。低山丘陵以韩府山、将军山、虎头山、岱山、罐子山为主体，分布面积占总面积的6.7%。由于地势较陡，风化层较薄，是成片林木出产的基地：素有“春游登牛首”美名的旅游胜地牛首山，坐落在辖区南部境界线上，其主峰海拔242.4米，是南京市的第三高峰。宁芜铁路以西，是广阔的平原，这片地区由长江、秦淮河冲积而成，分布面积占总面积72.4%，是主要的蔬菜粮食生产基地。在平原与丘陵之间是一片岗地，它是由长江冲积平原随着地面三次抬升而形成的一级比一级高的三级阶地。由于长期受水流冲刷被切割成零星分布的垄岗高丘。最高的砂、砾石岗地，分布在雨花台、菊花台至西善桥一带，分布面积占全区总面积20.9%，其顶部高程50-60米，名闻遐迩的雨花石就产在这里。一、二级阶地起伏，顶部多为茶、果、林、地，水旱奉有，冲地多开发为水田。流经雨花台区主要的河流有长江和秦淮河。浩瀚的长江从板桥镇入境，沿西北边缘流过雨花台区，至秦淮新河河口附近被狭长的江心洲分成两汊，左汊大江，右汊夹江，到三汊河附近汇成主流流出辖区。内河有秦淮河、秦淮新河、南河、板桥河等，湖泊主要有石闸湖。

　　区境东南为丘陵地区，西南为滨江圩田、洲地。地势东南高，西北低，东南山丘平均海拔25米，最高山岭达183米（牛首山除外），西北圩田，洲地最低海拔仅有6米。丘陵山区产片石、卵石、砂石、陶土和雨花石；山丘植被被松、竹、茶、果、药材覆盖。圩区盛产“水八鲜”。气候四季分明，年平均降水量1033毫米。全年平均气温15.3℃，年总日照2188.1小时，无霜期216.5天，适宜多种作物生长。长江流经区境，境内河道纵横，属秦淮河水系：秦淮河经区境东部流入南京市区，每到夏季，区境就成为确保南京市汛期安全的前卫阵地。解放后50年中，治河、防洪、排涝一直是雨花台区的重要任务。