柯橋區境背靠會稽山，北瀕海，故呈西南高、東北低的階梯形地勢，山脈、平原、海岸兼有，山丘與平原間界線明顯。西南部為低山丘陵河谷區，占全區總面積約51%；中北部為水網平原區，占全區總面積約39%。平均海拔6～7米，偶有孤山、殘丘分布其間，其高度壹般不超過200米，史稱山會平原。東北部為濱海平原區，占全區總面積10%，海拔5米左右，系淤漲型灘塗，地勢平坦。
柯橋區境內有地望名稱並經實測高程的山崗273座，嶺24座，為五百崗、木窩尖、獨子尖、化山、秦望山等，海拔壹般在300～400米之間。駱家尖海拔700多米，為境內最高峰。
柯橋區境內河流源於南部會稽山，除小舜江、浦陽江外，均流經中部平原，北註曹娥江、入錢塘江。經歷自然水系、鑒湖水系、運河水系的發展演變過程。現分屬小舜江、運河、浦陽江三大水系，又以運河水系為主。小舜江是曹娥江中遊的最大支流，流域面積534平方公裏，其中柯橋區境範圍的流域面積為294平方公裏，主要支流有南溪、北溪、雙江溪、王化溪等。柯橋山區河流源出於西幹山脈和化山山脈，由南向北，下註平原與蕭紹運河通連，為平原河湖網的主要水源，自西依次往東的主要河流包括夏履江、陌塢江、型塘江、項裏江、秋湖江、漓渚江、婁宮江、平水江等。蕭紹運河貫穿東西，其徑流主要有西小江、直落江經新三江閘、馬山閘等註入曹娥江。
柯橋區有6個主要湖泊，以蕭甬鐵路為界，分成兩大系統。路南以古鑒湖殘留湖泊為主，路北屬於濱海潟湖。
柯橋區域土地面積約為1066平方公裏。境內礦藏資源豐富，目前已探明32個礦種、85個礦點。內生礦為鐵、銅、金、多金屬、螢石等，是浙江省鋼鐵、冶金、化工、有色金屬原材料及黃金的重要產地之壹。外生礦有石煤、泥炭、鉀、石英、石灰石、白雲石等。境北部第四系地層中有天然氣。
柯橋區地處亞熱帶季風氣候區。溫度濕潤、日照充足、四季分明。王安石曾贊譽“越山長青水長白，越人常家山水國”的詩句，贊紹興“山常青，水常白”，氣候濕潤宜人。作為江南水鄉，境內南部會稽山脈峰巒疊翠、千巖競秀、溪澗濺珠；中部平原河湖密布、石橋參差、沃野千裏；北部三江匯流、滄海桑田、壹疇平展。