项城市地处古生代以后的黄淮冲积平原的过渡带，西依秦岭余脉，故而西北偏高，东南倾斜。域内地势平坦低洼，古有“泽国”之称。海拔34－37米，局部最高海拔45米。由于长时期河流的交互沉积，及历次黄河南泛冲积的影响，地面形成“岗洼相间”、“坡洼多，岗埠少”的特点，域内有大小坡洼126个，呈大平小不平微地貌特征。
市境北部平原，其沉积物是以沙河自北向南，呈壤质——粘质地带，如南顿、城郊、郑郭三乡镇的 沿沙河地带，属壤质泛道带。又由于黄泛冲行时，地面条件的不同，形成了局部高地和坡洼，如韩岭、棠棣洼等地。
市境中部是河湖相沉积岗地带，由于洪河多次泛滥、淤积、改道，形成了岗、坡、洼相间的地貌。被淤积的泛道带成为岗地，高度多在41－42.5米之间，地下水4－8米，在此地带多发育为灰潮土和黄棕土。如川岗岭、虹河故道。在泛道之间，形成一些河间洼地，牒形或浅槽形洼地。如曹楼坡、大李庄坡。
市境南部属湖沉积洼地。从第三世纪以后，以潮相沉积为主和原地貌的微度差误，形成了牒形、浅槽形、近水形洼地。这些洼地多发育砂礓黑土。牒形洼地处湖泊洼地的中心地带，地下水位较高，一般为1－1.5米，间有季节性积水。如清净坡、陈楼坡（长坡）。浅槽形洼地比牒形洼地稍高，地下水位1－2米，季节性积水时间较短，如大凡庄南坡等。过水洼地多分布于汾河、泥河和十八里沟两侧，地下水受沟河水量大小的影响，变化较大，一般无明显的季节性积水。
项城市属亚热带向暖温带过渡区，为暖温带季风型大陆性气候。气候冷暖适中，兼有南北之长，高温期与多雨期一致，能满足多种植物栽培和生长的需要：热量丰富，雨量充沛，有利于人类生活和动物的繁衍。本市四季分明，且各具特色：春温多变，雨水充沛；夏热多雨，暴雨常现；秋凉晴和，降水适中；冬长寒短，雨雪并降。
光能太阳辐射年总量平均每平方厘米为116.702千卡，有效光辐射量每平方厘米为57.13千卡，年平均日照时数2158小时。全年中夏季辐射量最大，光照时间长，分别占全年的34％和31％；冬季辐射量最小，光照时间短，分别占全年的16％和20％。
热能 年平均温度为14.7℃。春季（3－5月）平均14.6℃；夏季（6－8月）26.9℃；秋季（9－11月）15.4℃；冬季（12－2月）1.9℃。其温差1月份平均温度最低为－3.8℃；7月份平均温度最高为32.5℃；极端最低温度为－19.1℃；极端最高温度41.8℃。年平均最低温度10℃，年平均最高温度为20.5℃。
霜期和无霜期 历年平均初霜日在11月1日，最早出现在10月15日；历年平均终霜日在3月31日，最晚出现在4月18日。平均无霜期为219天，最长年份为262天，最短年份仅179天，相差两个多月。无霜期80％，保证率为210天。
由于受季风环流的影响，一般而言，冬季盛行偏北的冬季季风，夏秋盛行偏南的夏季季风。全年平均以偏北风最多，其次是偏南风和偏东风，偏西风最少。年平均风速3.1－3.6米／秒。
项城年平均降雨量为850毫米。降水在地域上，由北向南逐渐增大。丰水年960－1070毫米，特旱年500－560毫米。春季降雨量占年降雨总量的20％；夏季占53－60％，秋季降雨量和春季略同，个别年份占30％；冬季占10％左右。纵观全年是冬春易旱，夏秋易涝。
项城境内有沙、汾、泥、谷四大河道，沿河各有大小支流，汇纳地表水东流。
颍河（亦称沙河）发源于嵩山南麓，曲折东南流，经周口市、商水县入项境，东至后师寨入沈丘县境。其河南岸跨县境27.5公里，纳驸马沟、人民沟、谷河等水，流域面积408平方公里。
汾河发源于漯河市郾城县召陵岗西的罗鼓泊，偏东流经商水县至蒋桥始入项境。东至直河头入沈丘县境，复东南流至三岔口，汇泥河入泉河。此河在项境流长45.4公里。南岸纳北草河，北岸纳港河、曹河、直河、九棘沟、白龟沟等水，流域面积409平方公里。
泥河系南阳地区上蔡县黑河支流。黑河发源于漯河市东南的朱坡，流经包河桥，其下游称泥河，至项城李寨镇李五庄西入项境。曲折东去至黄庙穿越项、沈两县边界，又东至崔大桥，流入沈丘县境，继续东延至三岔口，汇汾河入泉河。此河两岸有小泥河、南草沟、虹河、十八里沟、郭沟、长虹沟等较小的44条支沟汇入。境内长33.52公里，流域面积362.5平方公里。
谷河位于沙、汾河之间，系坡水区的行洪河道，东南流至直河头入汾河。上游纳有清水、运粮河两支流。境内全长36.25公里（包括清水河的长度），流域面积592平方公里，1956年自柳杭西改道至后师寨注入沙河，流域面积503平方公里。