兴宁处于粤东北山丘地带,受北东至南西走向的莲花山脉和罗浮山脉控制。最高峰阳天嶂海拔1017米,最低处水口圩镇海拔100米,高低差917米。地形地势总趋势是北西向南东逐渐下降,而南部则由南向北递降。南北狭长,北起阳天嶂,南至铁牛牯峰(海拔998米)直线距离100公里;东西最宽处,径心分水坳(海拔400米)至叶南筠竹坳(海拔300米)直线距离36公里。境内四周山岭绵亘,中部为300多平方公里的断陷盆地。整个市(县)境形似扁舟。地貌类型主要分为5类:平原、阶地、台地、丘陵、山地。其中,海拔200米以下的平原、阶地、台地等3类占总面积的38.1%;海拔200米至400米的丘陵占49.69%;海拔400米以上的山地占12.21%。
兴宁北部的罗浮镇属东江流域,镇内河溪均流入东江上游的渡田河。其余28个镇属韩江流域,镇内46条河溪水流入韩江上游的梅江。宁江(古称左别溪)贯穿兴宁南北,是流域面积最大的梅江支流,北起江西寻邬荷峰畲,南至水口圩汇合梅江,全长107公里,从合水至水口主干河道长57.5公里,沿途接纳32条山溪小河,流域面积1364.75平方公里,占全市总面积的65%。
兴宁属南亚与中亚热带过渡气候,年平均气温20.4℃。常年最热月是7月,平均气温28.5℃,极端最高气温达38.3℃;常年最冷月是1月,平均气温11.4℃,极端最低气温零下2.7至零下6.4℃。年平均降雨量1540.3毫米。夏季降雨最多,占年降雨量的41.5%。年平均日照时数2009.8小时。风向比较稳定,以西北风频率最高,东南风次之。自然环境优越,无霜期长,光照充足,四季宜耕宜牧,具有发展农、林、果、牧、渔等各业的有利气候条件。