温带气候
受海洋影响，巴黎大区属于温带气候。年平均气温为 11°C。夏季相当温和（平均气温 19.5°C），冬季也是如此（平均气温 5°C）。需要提醒的是：这个平均温度包括白天和夜间的温度。夏季白天气温经常超过 30°C，近年来，由于气候变化，巴黎和该地区也未能幸免于热浪的侵袭，连续数日气温超过 40°C。巴黎与该地区其他地方的温差在 1°C 至 4°C 之间。年平均日照时数约为 1,700 小时，年累计降雨量约为 700 毫米。风有时会很大，但暴风雨却极为罕见。
塞纳河及其主要河流
塞纳河塞纳河在进入塞纳-马恩省的塞纳河畔维利耶市时，海拔高度为 59 米，而在离开伊夫林省向诺曼底方向流去时，海拔高度仅为 11 米。在蜿蜒曲折的河道中，特别是在巴黎下游，呈现出一幅美丽的风景画。塞纳河在不同程度上灌溉着巴黎大区的许多省份或与这些省份接壤：从这个意义上说，塞纳河仍然是大区一级的统一地理要素。
马恩河马恩河从皮卡第大区的艾松省（Aisne）流出，在诺伊西-勒格朗（Noisy-le-Grand）和马恩河畔讷伊（Neuilly-sur-Marne）短距离穿过塞纳-圣但尼大区。在右岸汇入塞纳河之前，马恩河在名为马恩河谷（Val-de-Marne）的地方遍布 "guinguettes"。马恩河的水源来自小莫林河、大莫林河和奥尔克河。
瓦兹河它从皮卡第流入法兰西岛大区，距离罗亚蒙修道院不远。它的河道将瓦勒-瓦兹省从中间分割开来：从博蒙特（Beaumont）出发，先后流经勒岛-亚当（L'Isle-Adam）、奥维尔（Auvers）、蓬图瓦兹（Pontoise）和瑟热（Cergy），然后在右岸的康弗朗斯-圣奥诺林（Conflans-Sainte-Honorine）（伊夫林省）与塞纳河汇合。
洛英河这是塞纳-马恩省南部的一条河流，呈南北走向。离开卢瓦尔河后，洛英河流经苏普斯（Souppes）、内穆尔（Nemours）、蒙蒂尼（Montigny）、枫丹白露森林，最后流经莫雷特（Moret），在左岸汇入塞纳河。
埃松河这是一条源于博塞隆河的支流，其流向与洛英河相同。经过马勒谢尔比，埃松河进入同名省，流经布蒂尼（Boutigny）、拉费尔特-阿莱（La Ferté-Alais）、门纳西（Mennecy）和科贝尔-埃松内斯（Corbeil-Essonnes）（奇怪的是，这个镇采用了复数形式）。埃松河由 Juine 河汇入，在其左岸流经 Méréville、Étampes、Étréchy 和 Bouray 等城镇。
奥尔克运河、圣马丁运河和圣德尼运河
这三条运河因其网络和历史而紧密相连，满足了首都的用水需求和内河交通需求。1802 年，让-安托万-沙普尔伯爵决定修建奥尔克运河，目的是 "为巴黎创造辉煌"。运河开通约二十年后，圣马丁运河和圣德尼运河相继延伸，在巴黎的维莱特河畔汇合。到 1825 年，每天向首都输水近 70 000立方米。
圣马丁运河贯穿整个巴黎，于 1822 年开凿，1825 年竣工。在电影《北方旅馆》（Arletty 的著名复制品）和《爱美丽-普兰的命运》（Le Fabuleux Destin d'Amélie Poulain）中可以看到，运河上带有水闸的人行天桥是19世纪下半叶建造的。如今，运河已成为一个休闲区，自 2017 年夏季起，维莱特河畔（Bassin de la Villette）可提供夏季游泳服务。
圣但尼运河全长 6.6 公里，将广阔的运河环岛（维莱特公园）与塞纳-圣但尼的塞纳河连接起来，避开了巴黎市中心和布洛涅蜿蜒河，从而节省了数公里的路程。
奥尔克运河在通航段没有船闸（塞纳河和马恩河之间的分水岭由维勒班特壕沟穿过），现已成为工业用水的补给运河、游船的交通要道和景观河岸的休闲场所。在巴黎，以及在潘坦，近几年来举办的活动越来越多，主要是在夏季，当地人正在开垦这些河岸。运河上有几个大型游艇停泊区，非常受欢迎。
地质学
虽然法兰西岛大区仅占地约 12,000平方公里，但从地质和地貌学的角度来看，巴黎盆地的其他 130,000平方公里也不应被掩盖，也就是说，巴黎盆地不仅仅包括大区各省。巴黎盆地形成于二叠纪（距今 2.95 亿年），是一个沉积盆地，直到三叠纪，即距今约 2.45 亿年前的次生代海侵时期才真正形成。如今，巴黎盆地是一个边缘隆起的宽阔盆地，背靠古老的山丘：东北部是阿登山脉，东部是孚日山脉，东南部是莫尔凡山脉，南部是中央山丘，西部是布列塔尼（阿莫里卡山丘）。在北部，盆地在很大程度上与比利时盆地相连，比利时盆地是盆地的自然延伸。
四个沉积高原（博斯高原、布里高原、法兰西平原和维辛高原）构成了今天法兰西岛的地质基础，它们以集中在巴黎及其周边地区的河流漏斗为中心。
该地区的地貌由宽阔的冲积谷地、森林和树林覆盖的山丘以及肥沃的淤泥质开阔地（大片耕地）组成，这里种植的大田作物（谷物、杂草、油籽、饲料）产量位居世界前列。兰布依埃（Rambouillet）和枫丹白露（Fontainebleau）等大片森林在淤泥质土壤上得以生存，而布里（Brie）东部等稀有地区则草木茂盛，被用于畜牧业。这里的土壤非常适合市场园艺和树木栽培，这两种作物在山谷中生长茂盛。
森林和林地
虽然巴黎及其周边地区由于城市化的原因森林面积很少，但整个巴黎大区的森林面积却相当可观，在大区 120.7 万公顷的土地上，森林覆盖面积接近 28 万公顷，植树造林率达到 23%，接近全国平均水平。按人口比例计算，约有 1200 万棵树，即每个居民拥有 80平方米的森林！法兰西岛的森林主要由落叶树组成：橡树、杨树、栗树、普通白蜡树、针叶树和山毛榉。狩猎是法兰西岛大区的传统活动。这里有数以千计的鹿、狍子和野猪，它们的数量更难统计。森林的重要性不言而喻，因为森林的生物多样性为法兰西岛的环境质量做出了贡献：这里每平方公里的森林面积超过了法国北部的一些地区！巴黎与布洛涅森林（8.50平方公里）和万森森林（9.95平方公里）接壤。
高原和平原
虽然该地区没有明显的地形起伏，但也不乏其独特之处。例如，布里地区与其说是平原，不如说是高原。在东部，它覆盖了塞纳-马恩省的大部分地区，同时也涉及埃松省、塞纳-圣但尼省和瓦尔-德-马恩省的一些市镇。它占地约 5000平方米。博斯地区以农业为主，从枫丹白露森林和朗布依埃森林向南延伸至巴黎埃松省和伊夫林省，然后进入埃尔-卢瓦尔省和卢瓦尔-谢尔省。在法兰西岛地区，法属维新大区延伸到瓦勒德瓦兹省和伊夫林省，也覆盖了瓦兹省；过了瓦兹省，就变成了诺曼维新大区。法兰西平原（Plaine de France）或法兰西地区（Pays de France）大致包括瓦兹河东部、塞纳-圣德尼河部分地区和马恩河最西北部。这里是一片淤泥质平原，主要种植谷物，同时也是巴黎北郊大部分地区和戴高乐机场的所在地。
