海口市地形略呈长心形，地势平缓。海南岛最长的河流——南渡江从海口市中部穿过。南渡江东部自南向北略有倾斜，南渡江西部自北向南倾斜；西北部和东南部较高，中部南渡江沿岸低平，北部多为沿海小平原。全市除石山镇境内的马鞍岭（海拔222.8米）、旧州镇境内的旧州岭（海拔199.9米）、甲子镇境内的日晒岭（海拔171米）、永兴镇境内的雷虎岭（海拔168.3米）等38个山丘较高外，绝大部分为海拔100米以下的台地和平原。马鞍岭为全市最高点。地表主要为第四纪基性火山岩和第四系松散沉积物，呈较大面积分布，滨海以滨海台阶式地貌为主，西部以典型的火山地貌为主。全市地貌基本分为北部滨海平原区，中部沿江阶地区，东部、南部台地区，西部熔岩台地区。

海口市地处低纬度热带北缘，属于热带季风气候。这里冬无严寒，夏无酷暑，四季常青，温暖舒适。全年日照时间长，辐射能量大，年平均日照时数2000小时以上，太阳辐射量可达11～12万卡。年平均气温24.4℃，最高平均气温28℃左右，最低平均气温18℃左右。年平均降水量1696.6毫米，年平均蒸发量1834毫米，常年风向以东南风和东北风为主，年平均风速3.4米/秒。 [73] 

海口市主要河流有17条，其中南渡江水系7条，南渡江干流从海口市西南部东山镇流入境内，穿过中部，于北部入海，入海口段从西向东主要分流有海甸溪、横沟河、潭览河、迈雅河和道孟溪。支流有铁炉溪、三十六曲溪、鸭尾溪、昌旺溪（南面溪）、美舍河和响水河；独流入海的有9条，分别为演洲河、五源河、荣山河、演丰东河、演丰西河、罗雅河、芙蓉河、龙昆沟和秀英沟，另外有白石溪流从文昌市境内出海。