Bu vilayət Kür və Araz çayları arasında suayrıcı olub, şərqdən qərbə doğru yüksəlir. Ən uca zirvəsi Murovdağ silsiləsindəki -Gamışdağdır. Hündürlüyü 3724 m-dir.
Geomorfoloji vahidləri - Murovdağ, Şahdağ, Şərqi Göyçə, Qarabağ silsilələri, Qarabağ vulkanik yaylası.
Zirvələri - Gamışdağ, Hinaldağ, Böyük Işıqlı.
Relyefi - Böyük Qafqazdan fərqli olaraq vilayətdə Mezozoy erasının effuziv süxurları üstünlük təşkil edir.
Iqlimi - Vilayətdə yarımsəhra və quru çöl iqlimindən başqa bütün iqlim tipləri mülayim-isti, dağ soyuq və dağ tundra iqlim tipləri mövcuddur.
Çayları sıxdır. Tovuz, Xaçın, Tərtər, Zəyəm, Şəmkir, Kürəkçay – Kürə; Həkəri, Bərgüşad, Köndələn, Oxçuçay ilə Araz çaylarına tökülürlər.
Gölləri - uçqun və vulkanik mənşəlidir. Böyük və Kiçik Alagöl, Qaragöl, Göygöl, Maralgöl və s. vilayətdə şorsulu göl yoxdur.
Landşaft - 600 m-ə qədər dağ çölləri, 600-2000 m arasında dağ meşələri, 2000-3000 m arasında dağ çəmən1əri, uca dağ zirvələrində isə nival landşaft hakimdir. Vilayətdə yarımsəhra landşaftı yoxdur.
Qoruqları - Göygöl, Qaragöl, Bəsitçay.
Vilayət 4 fiziki-coğrafi rayona bölünür:
1. Qarabağ vulkanik yaylası rayonu - Ermənistan sərhəddir.
2. Qarabağ dağları rayonu - Ermənistan sərhəddir.
3. Gəncə rayonu - Ermənistanla həmsərhəddir;
4. Həkəri rayonu - Ermənistan və Iranla həmsərhəddir.