張家界的地層復雜多樣，造就了當地的特色景觀。主要有山區、喀斯特地區、丘陵、丘陵、平原等。山地面積占總面積的76%，其中最具特色的是世界罕見的應時砂巖峰林地貌。城市地勢西北高，沿澧水向東南傾斜。
地處張家界中北緯，屬中亞熱帶山地季風濕潤氣候原型，光熱充足，雨量充沛，無霜期長，寒期短，四季分明。歷年平均日照、氣溫和降水量分別約為1440小時、16度和1400毫米，歷年平均無霜期在216-269天之間。
受地形地貌等因素影響，國內氣候復雜多變，幹旱、洪澇、大風、冰雹等自然災害也較為頻繁。年平均氣溫17℃，1月平均氣溫5.1℃，7月平均氣溫28℃，年降水量1400毫米。
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