忻府区地形西高东低，逐步倾斜，北、西、南三面环山，东部开阔平坦，为忻定盆地的主体部分。境内主要有云中、系舟和五台3大山脉。忻府区境内有滹沱河、云中河及牧马河3条较大的河流，把全区划成3个10万亩以上的灌区，每年可引用河水6600万立方米。
忻府区属季风型大陆性气候，夏季多东南风，冬季多西北风，春温高于秋温，夏季过后秋高气爽。无霜期平均167.1天。年平均降水量为462.5毫米，降水集中于7—9月份。年平均气温：平川区8℃以上，丘陵区5℃—8℃，山区5℃以下。1月最冷，7月最热。
全境分石山区、土石山区、丘陵区，平原区4大类。全区山区面积905平方公里，占46．3％，丘陵356平方公里，占18．2％，平原693平方公里，占35．5％。
滹沱河从原平市进入本区东北境，流经19公里，入定襄县。云中河发源于云中山，本区境内长58公里，流域面积约计800平方公里，自米家寨出山后，分为南北云中河。南云中河经沙洼、东冯城、播明、曹张到定襄注入滹沱河；北云中河经石家庄、唐林、秦家庄至原平入滹沱河。牧马河从牛尾庄西南入境，经三交、豆罗、东石、安邑至定襄入滹沱河，境内长65公里，流域面积1176平方公里。全区可供开采的地下水，年储量为1.01亿立方米，地表水年总量1.69亿立方米，奇村、顿村、卢野村的温泉水温30℃—50℃，是闻名全省的温泉疗养胜地。
忻府区有省重点文物保护单位5处(向阳遗址、元好问墓、忻口战役遗址、金洞寺、连寺沟墓地)，区文物保护单位49处。区属于华北第一泉的奇村温泉，三晋第一村的顿村渡假村，华北第一洞的禹王洞，有忻口战役遗址，金代大诗人元好问故居。市属的有佛教圣地五台山，芦芽山国家森林公园，万年冰洞，杨家祠堂，赵杲观，定襄民俗馆等。