白水县境内地貌复杂,地形破碎,表现为三山(西北雁门山、东北黄龙山、东南五龙山)盘踞,五塬(大杨塬、史官塬、尧禾塬、北井头塬、雷村塬)起伏,两河(南面白水河东面孔走河)沿界通过,1178条沟壑纵横交错。塬面从北向南倾斜,海拔落差446-1568米,平均海拔850米左右。洛河西北向西南穿境而过,将白水切割成河南、河北两大块。地貌总体分为中低山区,黄土梁塬、黄土台塬和黄土沟谷四种类型。
白水县森林覆盖率为28.8%,植被覆盖度为36.3%,主要为多年生草本植物和灌木,以及少量乔木林和以苹果为主的经济林。境内 土壤多属黄土母质,主要有褐土、娄土、黄土、红土等7个土类 ,质地良好,以轻壤和中壤 为主,肥力特点是富钾,缺磷,少氮。
白水县位于中纬度半干旱地区,属暖温带大陆性季风气候,四季分明,雨热同季,无霜期长。多年平均气温11.4℃,年极端最低气温-16.7℃,年极端最高气温39.4℃,无霜期207天左右,多年平均降水量577.8毫米,降水年际变化大,年内分配不均,且多为暴雨。日照充足,光热资源丰富。冬季盛行西北季风,夏季盛行东南季风,以干旱、暴雨、霜冻、冰雹、连阴雨等为特征的自然灾害频繁。