По характеру рельефа область — волнистая равнина. Северо-запад занимает Приднепровская возвышенность, на крайнем юге переходящая в Причерноморскую низменность. Левобережная часть области занята Приднепровской низменностью. На юго-востоке в пределы области заходят отроги Приазовской возвышенности. Поверхность сильно изрезана оврагами, балками, долинами рек.
Главная река Днепр с притоками: Орель, Самара с Волчьей, Мокрая, Ингулец. По территории области также протекают реки Мокрая Сура, Кильчень, Орель, Саксагань, Базавлук и другие. В пределах области расположены Каменское, Днепровское и Каховское водохранилища, берут начало каналы Днепр — Кривой Рог и Днепр — Донбасс.