从地理位置上看，怀化南接广西（桂林、柳州），西连贵州（铜仁、黔东南），与湖南的邵阳、娄底、益阳、常德、张家界等市和湘西苗族土家族自治州接壤。
怀化素有“黔滇门户”、“全楚咽喉”之称，是中国东中部地区通往大西南的“桥头堡”，今有湖南“西大门”之美誉。 怀化处于武陵山脉和雪峰山脉之间，沅水自南向北贯穿全境。
雪峰山：自越城岭佛顶山以北为起点，向北经城步、洪江、溆浦至安化等县市，长200多公里。呈弧线状。山体主脊海拔在1000—1500米，最高峰苏宝顶山位于洪江市境内海拔1934米。雪峰山脉西坡较缓，东坡较陡，成为湖南东西两半部自然呈现的天然分界线，也是资水与沅水的分水岭。
武陵山：武陵山脉属云贵高原云雾山分支的东延部分。呈北向东，分布于湘西北。海拔多在800—1200米。其中海拔1000米以上的山峰有200多座，最高峰壶瓶山海拔2098.7米，山势高大，气势雄伟。其山脉北支分布于湘川鄂边界的有八面山、八大公山、青龙山、东山峰、壶瓶山等，中支沿澧水干流之北有天星山、红星山、朝天关、张家界、白云山等，南支从贵州省境内延伸过来进入省内有腊尔山、羊峰山、天门山、大龙山、六台山等。上述三支山脉均消失于洞庭湖平原。
怀化古称“五溪之地”。狭义的五溪指湖南省怀化市。其境内重要的支流有酉水、辰水、溆水、舞水和渠水。
广义的五溪即沅水上游的五大支流，最早见于《水经注》：“武陵有五溪，谓雄溪、满溪、酉溪、潕溪、辰溪”。其范围以怀化为中心地带，包括湘黔渝鄂等省市的周边地区，共三十几个县市。五溪地区有31个少数民族，历史上是中国南方重要的少数民族聚居地区。
沅江：沅江又称沅水，是中南省份湖南的第二大河流，分南北两源，南源龙头江，源自贵州省都匀的云雾山，北源重安江，源于贵州省麻江县平月间的大山，两源汇合后称清水江，至銮山入湖南省芷江县，东流至洪江市黔城与舞水汇合处称沅江，流经会同、洪江、中方、溆浦、辰溪、泸溪、沅陵、桃源和常德等县市，至常德德山注入洞庭湖。干流全长1033公里（湖南568公里），流域面积89163平方公里，其中位于湖南省51066平方千米，多年平均径流量393.3亿立方米。 怀化市属中亚热带季风气候区，四季分明，冬无严寒，夏无酷暑，光热资源丰富，雨量充沛，且雨热同步，对农作物生长有利。但受地形影响，地域差异和垂直差异明显，气候类型多种多样，旱涝等自然灾害时有发生。气温：全市年平均气温16.4℃，西南部山间盆地年均气温较高，北部和南部岗地段低。1月最冷，平均气温4.7～5.3℃，最低气温在-5℃左右；7月最热，月均气温28.5℃，最高气温在39℃左右。年均无霜期为287天。
日照：境内光照较为充足，平均年日照时数为962-1452小时，为可照时数的28～34%。年日照时数最多是芷江、溆浦的山间盆地，为1500多小时，年日照最少是新晃，仅1300小时。
降水：境内的平均降雨量为1600毫米左右。东半部的溆浦、鹤城、中方、洪江一线，年均雨量是1600毫米，西半部的麻阳、新晃、芷江、会同一线，年均雨量不足1300毫米，最多年降雨量是北部沅陵和南部通道，平均年降雨量在1400毫米以上。
四季特征：由于冬夏季风的进退，形成境内各个季节的天气气候特色。春季正处于南方暖湿气流与北方干冷气流交织的地带，气温徒升骤降明显，春雨连绵，低温寡照；夏季处在西太平洋副热带高压的控制和影响之下，吹西南风，温度高，蒸发大，天气暑热；秋高气爽，温湿宜人；冬季强冷空气侵入，往往形成冰雪天气，但其量甚微，连续降雪多在二三天内即可消融。
