市中区境内北、东、南部低山起伏，地势较高。中、西部地势平缓。全区地形如簸箕西向张口。全区最高点是孟庄镇大王山，海拔405.2米；最低点是西王庄乡洪村，海拔50.1米。市中区处鲁中南山地丘陵南沿，石灰石低山丘陵区面积176.8平方千米，占全区总面积的47.1%；山麓平原面积198.5平方千米，占区境总面积的52.9%。

市中区境内北、东、南部低山起伏，地势较高。中、西部地势平缓。全区地形如簸箕西向张口。全区最高点是孟庄镇大王山，海拔405.2米；最低点是西王庄乡洪村，海拔50.1米。市中区处鲁中南山地丘陵南沿，石灰石低山丘陵区面积176.8平方千米，占全区总面积的47.1%；山麓平原面积198.5平方千米，占区境总面积的52.9%。

市中区河流属淮河流域、湖东京杭大运河水系。全区河道18条，多为季节性河流。主要河流郭里集河、齐村沙河、西王庄河，发源于北部山丘地带，向南注入峄城大沙河，流域都在100平方公里以上。
市中区南部的京杭大运河市内长68公里；其它中小型河流域面积在100平方公里以上的有10条

市中区属暖温带季风型大陆性气候，光照充足，热量丰富，降水较多，四季分明，年平均气温在13.9℃左右，太阳辐射总量年均120千卡/平方厘米，光照时间年均2400小时，日照百分率为54%。市中区受季风性气候影响明显，夏季受海洋季风控制，多东风或东南风；冬季受大陆季风控制，多北风或西北风。全区年平均降水860毫升，65%的降水集中在7月初至9月初。