三河市坐落在燕山山前的平原地带，地势总体上呈现北高南低的趋势，地形地貌多样，包括低山丘陵、平原和洼地。平原面积最为广阔，主要由潮白河和蓟运河冲洪积扇构成，平均海拔高度为5.9至31.9米（黄海标高），地面坡度大约为1/1500。东北部的蒋福山地区是低山丘陵的集中地，周边环绕着龙门山（海拔335.2-458.5米）和青龙山（海拔200-212米），其中蒋福山盆地海拔较低，约200-212米。在西北部，孤山以90.4米的海拔独立于倾斜的平原之上。东南部则以引泃入潮和鲍邱河、潮白河两侧的洼地为主，地势低洼，易积水。
三河市属于典型的暖温带大陆性气候，年平均气温为11.1℃，历史上曾记录到最高40.2℃和最低-25.8℃的极端气温。年降雨量为905.1毫米，蒸发量相对较高，为1681.9毫米，历史平均降水量为617.4毫米。相对湿度平均为58%，全年日照时数约为2870小时，无霜期平均为183天。最大冻土深度可达到77厘米，降雪厚度最大为26厘米。这里的气候四季分明，雨量适中，风沙较少，自然环境稳定，对破坏力较小。
三河市地处河北省中北部，位于北京市和天津市两大直辖市之间，境东与天津市蓟县交界，北与北京市平谷区接壤，西北与北京市顺义区为邻，西隔潮白河与北京市通州区相望，西南与大厂回族自治县毗邻，南与香河县接壤，东南与天津市宝坻县相邻。现为河北省廊坊市代管县级市。东西最大直线距离约30公里，南北约20公里，总面积643平方公里。以地近洳河、鲍邱河、泃河三水故得名。三河市区西距北京58公里、南距天津125公里、东到唐山121公里，处在京、津、唐三大城市构成的金三角的核心地带，在京津冀一体化和环渤海经济圈中居重要地位。