离石区地处吕梁山腹地，地势东部高而宽，西部低而窄，境内山多川少。北川河由北而南，东川河由东而西流经全区，两河在城西南合流后至交口街道办合南川河而后出境注入黄河。最高点为区东北骨脊山，海拔2535米，最底点为交口镇,三川河河谷,海拔889米,境内东部是高寒山地，面积266.6平方公里，占全区总面积的20%，是境内主要林区，宜于发展林牧业；城东北为连绵不断的梁峁土石山区，面积398.4平方公里，占总面积的30%；城西马头山、王老婆山俯伏南北，为黄土丘陵沟壑区,面积 660平方公里，占总面积的50%。土石山区和黄土丘陵区相加占全区总面积的80%，其特征是气候温和干旱少雨，但发展生产潜能很大，是境内杂粮生产区；中部是以北川和东川为主的河谷地带，土地肥沃，水源充足，人口集中，是境内重要的粮食和蔬菜基地。