渭河流域的地理地貌独具特色，它的地形复杂多样。北部山地由秦岭山脉北坡的横贯和六盘山、陇山构成，这些地区展现出峻峭的山势。中部地带则包括了关中冲积平原和黄土台原，这里地势平坦，是河流冲积和黄土堆积的产物。黄土高原占据了流域的东部和南部，尤其是陇东、宁南和陕北，地形主要为高原沟壑和丘陵沟壑，地势起伏明显。
渭河的上游，自河源至宝鸡峡出口，全长430公里，河道狭窄，峡谷众多，水流湍急，平均比降达到了1/260。中游从宝鸡峡至咸阳铁桥，河道宽浅，沙洲散布，水流分散，表现为游荡性河床，比降逐渐由1/500变缓至1/1500。下游的咸阳至潼关河口，华县船北以下，河道弯曲蜿蜒，单股无分叉，由于泥沙淤积和黄河三门峡水库的回水效应，纵坡由1/5000变为1/6000，过去曾是输沙平衡的稳定河段。
然而，三门峡水库的建设改变了这一状况。水库的回水导致潼关渭河入黄高程曾升至329米，影响了下游河道的淤积，洪泛事件时有发生。因此，在渭淤36断面以下的208公里区域，两岸采取了堤防建设和护滩控导工程，以控制洪水和保护河岸。大堤的维护以及河道整治成为重要的工程任务。经过两次改建和水库运用方式的调整，潼关入黄高程趋于稳定，大约保持在326至327米之间。
渭河流域的土壤以深厚的黄土为主，土质疏松，孔隙发达，碳酸钙含量高，易被水侵蚀。加上历史上的滥砍滥伐导致植被破坏，以及传统的广种薄收和单一农业生产方式，使得水土流失问题严重，使得渭河成为一条富含泥沙的河流。
渭河（Weihe River）古称渭水，是黄河的最大支流。发源于甘肃省定西市渭源县鸟鼠山，主要流经陕西省关中平原的宝鸡、咸阳、西安、渭南等地，至渭南市潼关县汇入黄河。渭河南有东西走向的秦岭横亘，北有六盘山屏障。渭河流域可分为东西二部︰西为黄土丘陵沟壑区，东为关中平原区。