临沂市地质构造复杂，地层发育不甚齐全，从太古界至新生界，除上奥陶统、志留系、泥盆系、下石炭统、三叠系及中、下侏罗统、老第三系古新统、新第三系地层缺失以外，其他各期地层都有发育。主要构造以郯庐断裂带（境内称沂沭断裂带）为主，郯庐断裂带经郯城北北向延伸，纵贯全市，以断裂为界，临西为鲁西台背的一部分，属华北地台范畴，临东为胶南隆起的一部分，属扬子大陆块范畴。

【气候】 属温带季风区大陆性气候，气温适宜，四季分明，光照充足，雨量充沛，雨热同季，无霜期长。春季回暖快，少雨多风，气候干燥，常有干旱、寒潮、晚霜冻灾害性天气；夏季温高湿重，雨量充沛，盛东南风，洪涝、大风、冰雹灾害性天气较为频繁；秋季气温急降，雨量骤减，天气晴和，凉爽宜人，亦有秋旱或连阴雨灾害性天气出现；冬季寒冷干燥，雨雪稀少。

【地质地貌】 临沂市地处鲁中南低山丘陵区东南部和鲁东丘陵南部。地势西北高东南低，自北而南，有沂山、蒙山、尼山3条主要山脉呈西北东南向延伸，控制着沂沭河上游及其主要支流的流向。以沂、沭河为中心，西、北、东三面群山环抱，向南构成扇状冲积平原。山地、丘陵、平原面积呈二、四、四比例分布。

【山脉】 境内山脉自北而南，有沂山、蒙山、尼山3条主要山脉，海拔千米以上的山峰有10余座。其中，蒙山海拔1156米，为山东省第二高峰，素称“岱宗之亚”，久负盛名，享誉中外。境内有不少由流水侵蚀造成的桌状山，当地称为“崮”，素称沂蒙七十二崮，著名的孟良崮就是其中之一。

【河流】 境内水系发育呈脉状分布。有沂河、沭河、中运河、滨海四大水系，区域划分属淮河流域。主要河流为沂河和沭河，有较大支流1035条，10公里以上河流300余条。

沂河主源发源于沂源、蒙阴、新泰交界处的老松山北麓。流经沂水、沂南、兰山、河东、罗庄、兰陵、郯城等县区，南流入江苏省境内后注入黄海，全长570公里，境内流长287.5公里，最大流量每秒15400立方米（1957年）。较大支流有东汶河、蒙河、柳青河、祊河、涑河、李公河、白马河等，流域面积10772平方公里。

沭河发源于沂山南麓，流经沂水、莒县、河东、临沭、郯城等县区，至江苏省境内流入黄海，境内流长273公里，最大流量每秒7290立方米（1974年）。较大支流有浔河、高榆河、汤河、分沂入沭水道、夏庄河、朱范河等，流域面积5747平方公里。

属中运河水系的河流有武河、武河引洪道、东泇河、西泇河和燕子河等，都经兰陵县境，南至江苏省境流入中运河。

属滨海水系的河流有锈针河、相邸河、青口河等，皆入黄海。

境内河流均属山洪河道，上游支流众多，源短流急，雨季洪水暴涨，峰高量大，枯水季则多数断流。

【土壤】 土壤分为棕壤、褐土、潮土、砂姜黑土和水稻土五大类。

棕壤面积84.03万公顷，占可利用面积的46.06%，主要分布于沭东丘陵和蒙山、四海山等山体及其周围。棕壤剖面红棕色，呈微酸性或酸性反应，PH值6.5左右，分为棕壤、白浆化棕壤、潮棕壤和棕壤性土。除一部分棕壤性土作为林地外，其余大部分已垦为农田。

褐土面积60.57万公顷，占可利用面积的33.21%，主要分布于沂、沭河以西石灰岩山体上及其山体周围。土壤剖面中部有明显的淋溶淀积粘化层，并有明显的褐色胶膜及钙质斑点或斑纹，一般中性到微碱性，有微弱或中度石灰反应。分为褐土、淋溶褐土、潮褐土、褐土性土和石灰性褐土。

潮土面积24.48万公顷，占可利用面积的13.42%，分布于沂、沭河及其他河流两岸，临郯苍平原及滨海平原上。质地适中，土体中无障碍层，养分含量高，适宜种植小麦、玉米、棉花等作物。分为普通潮土、湿潮土和盐化潮土。

砂姜黑土面积8.14万公顷，占可利用面积的4.46%，分布于沂沭河冲积平原，涝洼平原和蒙山山体洪积扇缘的低洼地带。土质粘重，地下水排泄不畅，地下水位通常在1米～2米。具有旱耕熟化特点，适宜种植小麦、玉米、水稻、大蒜等作物。

水稻土面积4.89万公顷，占可利用面积的2.68%，分布在临沂3区和郯城、兰陵等县。临沂市种稻历史较短，水稻土发育特征不太明显，属幼年水稻土亚类。