La provincia si estende per la maggior parte in pianura. Dei rilievi appenninici sono presenti nella parte occidentale (come Verucchio) e sud occidentale (Gemmano e Montescudo).

Il fiume principale è il Marecchia, vi scorrono anche il Conca, l'Ausa e il Marano (gli ultimi due nascono nella Repubblica di San Marino). Sul territorio della provincia non sono presenti laghi o bacini di particolare importanza. La costa è particolarmente bassa ed è presente una spiaggia molto ampia.