Dağları: Elazığ ili toprakları, doğu, güney ve batı yönlerinden oval bir şekilde Doğu Torosların batı uzantılarıyla çevrilidir. Kuzeybatıdan ise Munzur Dağlarının güney uzantıları il topraklarına girer. Doğu Toroslar, Malatya ve Elazığ il sınırları içinde başlamaktadır. Başlıca dağları; Hazar Baba Dağı (2290 m), Mastar Dağı (2171 m), Hasan Dağı (1864 m), Çilemek Dağı (1710 m), Karaoğlan Dağı (2329 m), Bahtiyar Dağı (1850 m), Bulutlu Dağı (2020 m), Hazar Dağı (Gülşen Tepe 2347 m), Akdağ (2620 m), Karaboğa Dağlarının Karaömer Tepesi (2477 m)dir.
Ovaları: Ovalar küçük fakat verimlidir. Başlıca ovaları: Elazığ (Harput) Ovası: 35 km2dir. Denizden yüksekliği 1000 metredir. Dağlarla çevrilidir. Kesrik Suyu ve Sürsürü Çayı ile sulanır. Uluova: İlin en büyük ovasıdır. Yüzölçümü 325 km2dir. Deniz seviyesinden yüksekliği 1000 metredir. 11.600 hektarlık bölümü Keban Baraj Gölünden 5000 hektarlık bölümü DSİ tarafından yer altı suları vasıtasıyla sulanmaktadır. Palu Ovası: Alüvyonlu topraklarla kaplı çok verimli bir ovadır. Çöküntü alanıdır. Bunlardan başka Behramaz Ovası, Mürüdü Ovası, Zihni Ovası, Murat Vadisi, Fırat Vadisi ve Karasu Vadisi çok verimli ova ve düzlüklerdir.
Akarsuları: Elazığ akarsu bakımından çok zengindir. Büyük ve suları gür, nehir ve ırmaklar bu ilden geçer. Başlıca akarsuları:
Fırat: Keban ilçesinin kuzeyinde birleşen Murat Irmağı ve Karasu, Fırat ismini alır. Elazığ-Malatya sınırını teşkil eder. Derin bir vadiden geçtiği için sulamada kullanılmaz. Güney Toros Dağlarını hızlı akıntı ve 300’den fazla çağlayanla aşar. Murat Suyu: Doğu Fırat denilen Murat Suyu, Ağrı Dağı eteklerinden çıkar. Muş Ovasından sonra, Peri Suyu ile ve Keban kuzeyinde Batı Fırat (Karasu) ile birleşir. Murat Suyu, Peri Suyu ve Karasu, Keban Baraj Gölüne dökülür. Bu barajın güney batısından Fırat ismi ile çıkar. Peri Çayı (suyu) debisi 100 m3tür. Murat Suyunun en büyük koludur. Bingöl’ün Şeytan Dağlarından çıkar. Tunceli’de Munzur Suyu ile birleşir sonra Keban Barajı Gölüne dökülür. Haringet Çayı: Hazar Gölünden çıkar. Dicle’nin başlangıcı sayılır. Elazığ’dan sonra Diyarbakır’a girince Dicle ismini alır.
Gölleri: Hazar Gölü: Tabii bir göldür. Çöküntüyle meydana gelmiştir. Deniz seviyesinden yüksekliği 1223 m, yüzölçümü 70 km2 olup, 16x4,5 km’lik bir alanı kaplar. Derinliği 250 m’dir. Gölün suyu, Uluovaya akıtılarak sulamada ve hidroelektrik enerji elde etmede kullanılır. Gölün etrafı yemyeşil manzaralıdır. Göl içinde lezzetli balıklar yetişir. Keban Baraj Gölü: Türkiye’nin en büyük baraj (sun’i) gölüdür. Karasu ile Murat Suyunun birleştiği yerin ilerisindeki boğazda yapılmıştır. Barajın temelden yüksekliği 210 m’dir. Vadi tabanından ise 167 m yüksekliktedir. 677 km2lik yüzölçümü ile Van ve Tuz gölünden sonra üçüncü büyük göldür. Sekiz ünitesi ile senede 7,5 milyar kilowatt-saat elektrik enerjisi üretilmektedir. Denizden yüksekliği 845 m, en derin yeri 160 m, vadi boyunca uzunluğu 125 km, sağ kıyısı kaya dolgu ve sol kıyısı beton dolgudur. İçinde balık yetiştirilmektedir. Türkiye’nin elektrik enerji istihsalinin dörtte biri Keban’dan elde edilir. Cip Baraj Gölü: Cip Çayı üzerinde ve Cip köyü yakınında toprak dolgu bir barajdır. Toplanan su kapasitesi 5 milyon m3tür. 800 hektarlık bir alanı sular. Kalecik Baraj Gölü, Elazığ’ın 100 km doğusunda Karakoçan ilçesi sınırları içinde bulunmaktadır. Kalecik Çayı üzerinde kurulu olup, toprak dolgu biçimindedir. Sulama amaçlıdır.
İklim ve Bitki Örtüsü
Kara iklimi hüküm sürer. Karasal iklimin yanı sıra yer yer akdeniz iklimi özelliği taşımaktadır. Bu iklim değişikliği KebanBarajı kurulduktan sonra meydana gelmiştir. Elazığ iklimi, Akdeniz ve karasal iklim arasında bir geçiş özelliği de gösterir. Yazlar sıcak ve kurak, kışlar soğuk ve sert geçer. Isı -15°C ile +42°C arasında seyreder. Senelik yağış ortalaması 433 mm’dir. En fazla yağış ilkbahara aittir.İl topraklarının % 25’i orman ve fundalık, % 25’i ekili ve dikili arazi ve % 42’si çayır ve mer’adır. Ekime müsait olmayan arazi % 8’dir. Ormanları bakımsızdır. Vadiler ve akarsu etrafı bitki örtüsü bakımından zengindir.