Округ расположен в северной части Русской (Восточно-Европейской) равнины. Характерной особенностью рельефа округа является сочетание равнинных территорий с отдельными возвышениями (Тиманский кряж, Северные Увалы). На востоке граница округа проходит по Северному, Приполярному и Полярному Уралу, разделенными узкими поперечными речными долинами. Склоны долин крутые, с живописными скалами, течение рек очень быстрое. Это наиболее высокая часть Урала. На Приполярном Урале, на границе Республики Коми с Тюменской областью, находится наивысшая точка Уральских гор – гора Народная (1895 м).
На высокогорных участках Полярного и Приполярного Урала распространены формы рельефа, созданные горным оледенением.
На запад к Русской равнине горы постепенно снижаются серией невысоких хребтов и гряд с пологими склонами, переходящими в увалистые и холмистые возвышенные равнины Предуралья. Здесь преобладают наиболее растворимые горные породы и поэтому распространены карстовые формы рельефа (пещеры, воронки).
Северная часть округа – Кольский полуостров, Карелия расположены в районе, где шла интенсивная деятельность ледника. Следы этой деятельности часто видны на выходящих на поверхность прочных коренных породах. Для этой части Восточно-Европейской равнины характерны плоские междуречья с морено-холмистым рельефом.
В Мурманской области расположен самый высокий горный массив Кольского полуострова и Хибинских гор (г. Часначорр, высота 1191 м). Склоны гор платообразны, покрыты ледниками и снежниками.
На территории округа много рек, озер и болот. Крупные реки – Северная Двина, Печора, Онега, Мезень несут свои воды на север к берегам морей Северного Ледовитого океана. Они многоводны, имеют преимущественно снеговое питание и весеннее половодье.
Северо-запад – один из самых озерных краев России. Наряду с крупными озерами Ладожским, Онежским, Чудским, Ильменем, здесь много небольших по площади и глубине озер. Ладожское и Онежское озера по условиям судоходства сходны с морями. Ладожское озеро через Неву связано с Финским заливом Балтийского моря; через реку Свирь, Онежское озеро и Беломорско-Балтийский канал – с Бе¬лым и Баренцевым морями; через Волго-Бал¬тийский канал – с Волгой и Каспийским морем.
Большая часть округа расположена в умеренном климатическом поясе. Лишь самый север входит в зону арктических пустынь. Большинство островов Земли Франца-Иосифа и почти 1/4 территории архипелага Новая Земля покрыты ледниками.
На остальную часть территории оказывают влияние моря Атлантического и Северного Ледовитого океанов.
Находясь под влиянием западного переноса воздушных масс и циклонов со стороны Атлантики, регион имеет относительно мягкий климат, большое количество осадков и в основном избыточное увлажнение. Даже на севере региона (Кольском п-ве) средние температуры января колеблются от –8 до –13°С, а средние температуры самого теплого месяца составляют +8 – +15°С. Континентальность климата нарастает к югу и юго-востоку.
Вдоль береговой линии морей Северного Ледовитого океана протягивается плоская приморская низменная мохово-лишайниковая тундра, южнее – лесотундра с кустарничково-моховой растительностью. Благодаря отепляющему влиянию Баренцева моря полоса тундры и лесотундры здесь не столь широка, как в Сибири. Большая же часть территории округа занята тайгой с еловыми и сосновыми лесами. В горах Урала четко прослеживается вертикальная поясность, но набор поясов из-за географического положения этой части гор в высоких широтах весьма ограничен.
Наличие в регионе значительных разно¬образных ресурсов (энергетических, рудных и др.) и их активная эксплуатация приводят к загрязнению окружающей среды, деградации природного комплекса. Именно поэтому огромное внимание в округе уделяется охране природы. Здесь расположено несколько особо охраняемых территорий: заповедников, национальных парков, памятников природы и т. п. К их числу относятся такие известные, огромные по площади, как национальный парк «Югыд Ва» и Печоро-Илычский заповедник.
Важную роль в хозяйственном развитии округа, особенно северной части, играют лесные ресурсы, подавляющая часть которых представлена хвойными породами.
Внутренние вод и моря богаты промысловой рыбой, что имеет большое значение для экономики региона.