娄底境内整个地势西高东低，呈阶梯状倾斜。西部新化县、冷水江市、涟源市西南部属湘西山地区，山势雄厚，峻岭驰骋；东部涟源市的中、东部，娄星区、双峰县属湘中丘陵区，地势逐渐降低，地形起伏平缓，丘岗延绵，平地宽敞。境内山脉纵横，群峰起伏，矗立大小山峰数百座。西部雪峰山脉从新化西部风车巷蜿蜒入境，斜亘西北，主要支脉有天龙山、桐凤山、奉家山、古台山、凤凰山、大熊山和冷水江境内的祖师岭等；东南部有座落在双峰县的九峰山，是南岳七十二峰之一，为双峰、衡阳两县的天然分界线；西北部是雪峰山余脉，向涟源伸入，西起白竹山，东至洪家大山，透迤起伏，峰峦重叠，最高峰寨子山为涟源与宁乡的天然界山；中部龙山山脉横亘，主要山峰有龙山、石坪山、杨材山、仙女寨等，弯曲连绵40余公里。

　　 

　　全市平均海拔170米， 最高点是新化九龙池，海拔1622米；最低点是双峰的江口峡谷，海拔64米，两点相差1558米。 在娄底境内，群山林立、丘陵起伏之间，溪水奔流，河网密布，水系完整，水量充沛。全市主要河流有：东部涟水，为湘江中游一大支流，源于新邵观音山，自西向东，流经涟源市、娄星区、双峰县，经湘乡至湘潭县河口入湘江，境内全长85.85公里，沿途纳孙水、湄江、 测水等1-4级支流89条，控制流域面积3906平方公里。 西部资水，由南向北，流经冷水江、新化。经安化柘溪，过益阳注入洞庭湖，贯穿境内西半部，区内流程112 公里，有1-4级支流100条，控制流域面积3985平方公里。区内各河流水质较好，PH值在正常范围内，离子总量不高，中等矿化度，适合于工农业生产和人们生活之用。全区年平均降水1406毫米，降水总量113.95亿立方米，且西部山区多于东部丘陵平地，直接形成的地表水资源38.87亿立方米。外来水资源丰富，共有133.42 亿立方米，主要在西部，控制利用少；东部入境水虽不多，但利用较好。地下水年平均为21.6亿立方米，年径流量平均达21.35亿立方米，主要分布在北、东、 南部地区、水能理论蕴藏量32.5万千瓦，其中可开发利用的14. 26万千瓦。目前具备人工养殖的水面18万亩。 娄底属中亚热带大陆性季风湿润气候区。热量丰富，温度适宜，四季分明：冬季少严寒，夏季多酷热，秋季晴朗温暖，春末夏初多雨成涝，盛夏初秋少雨多旱。全年平均气温16-17.3°C，年平均日照时间1538小时， 东部多于西部。无霜期268天。由于雨水偏多，土壤湿重，多为红壤，其次还有黄壤、黄褐土等。土地资源优势在于海拔低，土质好，丘岗河谷平地分布比较集中，有利于发展农业和城镇建设；山地面积大，宜于林业发展。