Valmieras novada centrālo un rietumu daļu aizņem Ziemeļvidzemes zemienes Burtnieka līdzenums, austrumos Sedas līdzenums un dienvidaustrumos Trikātas pacēlums. Galējos ziemeļaustrumos pie Igaunijas robežas atrodas Sakalas augstienes Ērģemes pauguraine, dienvidrietumos Idumejas augstienes Augstrozes paugurvalnis (Zilais kalns 127 m) un Gaujas senleja. Ap Burtnieku ezeru izplatīti drumlini, ziemeļos arī osi. Ģeoloģiski novadā dominē vidusdevona nogulumi. Derīgie izrakteņi: māls (Planči, Burtnieki, Jumaras krastos), grants un smilts (Bāle-Bērziņi, Ķoņi, Unguriņi, Oliņas), saldūdens kaļķi, kūdra (Sedas, Sapatas, Lielajā, Rūjas purvos), Valmieras minerālavoti.
Valmieras novada dabas teritoriju un ainavu telpiskā struktūra
Zemes izmantošana
- Pusi no novada teritorijas aizņem mežu platības – 50% (vairāk nekā 147 000 ha)
- Lauksaimniecībā izmantojamās zemes aizņem – 34%
- Ūdens objektu zemes – 5%
- Purvi – 4%,
- Apbūves zemes ar ēkām – 2%,
- Apbūves zemes ar transporta infrastruktūru – 2%
- Pārējie 3% ir krūmāji un cita izmantošana
Dabas objekti un kultūras mantojums
Eiropas nozīmes aizsargājamās dabas teritorijas (Natura 2000): Gaujas Nacionālais parks, aizsargājamo ainavu apvidus “Ziemeļgauja”, dabas parks Salacas ieleja un dabas liegumi: Augstroze, Burtnieku ezera pļavas, Oleru purvs, Rūjas paliene, Sedas purvs, Vidusburtnieks, Vīķvēnu purvs, Ziemeļu purvi, Zilaiskalns, Salacas upes meži, Augsto kalnu meži.
Vairāk nekā pusi no novada teritorijas aizņem Ziemeļvidzemes biosfēras rezervāts. Dabas pieminekļi: piecas alejas, četri dendroloģiskie stādījumi un 17 ģeoloģiskie un ģeomorfoloģiskie dabas pieminekļi, tostarp, Sietiņiezis, kā arī apzināti gandrīz 900 aizsargājami koki, tostarp Kaņepju dižozols, kultūrvēsturiski nozīmīgais Rietekļa kadiķis un citi.
Meži Valmieras novadā aizņem vairāk nekā 147 000 ha jeb teju 50 % teritorijas., no tiem apmēram 10 % ir purvi.
Valmieras novada kultūras pieminekļi
Valmieras Sv. Sīmaņa baznīca, Burtnieku luterāņu baznīca, Matīšu luterāņu baznīca, Trikātas pilsdrupas, Dikļu muiža, Valtenberģu muiža, Valmiermuiža, Naukšēnu muiža, Rūjienas Sv. Bērtuļa luterāņu baznīca un citi kultūras pieminekļi (pavisam 176), kā arī novada apvienību definēti kultūras mantojuma objekti.
Novads atrodas Gaujas un Salacas upju baseinos. Lielākās upes:
- Gaujas baseins – Gauja, Abuls, Strenčupīte, Lisa, Nigra, Vija (robežupe ar Valkas novadu)
- Salacas baseins – Salaca, Seda, Rūja, Briede, Ramata, Iģe (robežupe ar Limbažu novadu)
Ūdenstilpes
- Burtnieks 4006 ha (40 km² )
- Ramatas Lielezers 162 ha (1,6 km²)
- Vaidavas ezers 87,2 ha (0,9 km²)
- Rāķa ezers 67 ha
- Dauguļu Mazezers 62,5 ha
- Ķiruma ezers 53,5 ha