Region Ziemi Mazowieckiej leży na obszarze Niziny Mazowieckiej, stanowiącej wschodnią część Krainy Wielkich Dolin — pasa nizin, ciągnących się z zachodu na wschód przez środek ziem polskich.
Ukształtowanie powierzchni Krainy Wielkich Dolin jest dziełem lodowca i jego wód roztopowych; ich rzeźba wiele cech zawdzięcza działalności wód płynących. Przeważający krajobraz regionu stanowią strome lub płaskie brzegi rzek, szerokie tarasy rzeczne pokryte szeregami płaskich wydm.
Największy obszar zajmuje wielka równina Kotliny Warszawskiej, której charakterystyczną cechę krajobrazu stanowią wydmy piaszczyste (na lewym i prawym brzegu Wisły i Narwi). Kotlinę Warszawską otaczają równiny morenowe, rozcięte dolinami rzek na poszczególne wysoczyzny — Płocką (w kierunku płn.— zach.), Ciechanowską (na północy), Siedlecką (na wschód) oraz fragment Wysoczyzny Rawskiej (na południe); w części północno-wschodniej regionu rozciąga się Równina Kurpiowska.
Dobrze rozwiniętą sieć wodną regionu i malownicze szlaki turystyki wodnej tworzą: Wisła, Bug, Narew, Bzura oraz szereg małych dopływów. Rzeki te nie są uregulowane (poza Wisłą w obrębie Warszawy), charakteryzują się dużymi okresowymi wahaniami poziomu wód, co jest przyczyną częstych wylewów w czasie wiosny.
W ramach realizacji planu inwestycji wodnych (regulacja rzek, budowa stopni wodnych i zbiorników retencyjnych na Bugu i Wiśle) wybudowano w 1962 r. na Bugo-Narwi, w okolicach wsi Dębe, zaporę wodną i hydroelektrownię. Utworzony w ten sposób ogromny zbiornik wodny (Zalew Zegrzyński), o pojemności ok. 100 mln metrów sześciennych, połączony jest z Wisłą kanałem Żerań—Zegrze długości ponad 17 km.
Dzięki tej inwestycji uregulowany został spływ wód Wisły, Narwi i Bugu. Jezioro Zegrzyńskie stało się również atrakcyjnym centrum wypoczynku świątecznego i turystyki wodnej. Natomiast z jezior naturalnych, których jest na terenie regionu niewiele, należy wymienić Jezioro Zdworskie i Białe w okolicy Łącka i Gostynina.
Największymi kompleksami leśnymi są: Puszcza Kampinoska będąca Parkiem Narodowym i Puszcza Kurpiowska, której północną część stanowi Puszcza Myszyniecka, a południową — Puszcza Biała. Mniejsze obszary leśne stanowią lasy chojnowskie, otwockie i nieporęckie.
Ziemia Mazowiecka jest bardzo uboga w zasoby mineralne; występują tu jedynie iły, żwiry, piaski, kreda, torf — surowce przydatne dla przemysłu materiałów budowlanych i ceramicznego. Największa koncentracja zakładów przemysłowych występuje w Warszawie