Provinsi Jawa Timur dapat dibedakan menjadi tiga wilayah dataran, yakni dataran tinggi, sedang, dan rendah. Dataran tinggi merupakan daerah dengan ketinggian rata-rata di atas 100 meter dari permukaan laut (Magetan, Trenggalek, Blitar, Malang, Batu, Bondowoso). Dataran sedang mempunyai ketinggian 45-100 meter di atas permukaan laut (Ponorogo, Tulungagung, Kediri, Lumajang, Jember, Nganjuk, Madiun, Ngawi). Kabupaten/kota (20) sisanya berada di daerah dataran rendah, yakni dengan ketinggian di bawah 45 meter dari permukaan laut.

Jawa Timur memiliki iklim tropis basah. Dibandingkan wilayah Pulau Jawa bagian barat, Jawa Timur pada umumnya memiliki curah hujan lebih sedikit. Curah hujan rata-rata 1.900 mm per tahun, dengan musim hujan selama 100 hari. Suhu rata-rata berkisar 21-34°C. Suhu di daerah pegunungan lebih rendah, bahkan di daerah Ranu Pane (lereng Gunung Semeru), suhu bisa mencapai minus 4°C, yang menyebabkan turunnya salju lembut.