O distrito ten un relevo elevado especialmente ao suroeste, onde se atopa a serra da Estrela, considerada como parque natural. O cume máis alto do territorio continental portugués, a Torre, atópase no límite co distrito de Castelo Branco. Nesta serra nacen dous dos ríos máis importantes de Portugal: o Mondego, no concello de Gouveia, e o Zêzere, que nos seus primeiros quilómetros de percorrido define un espectacular val graciario. Outro río importante que nace no distrito é o río Côa, afluente do Douro que atravesa lugares de grande beleza paisaxística e riqueza cultural do leste do distrito, destacando o sitio de arte rupestre do val do Côa, declarado Patrimonio da Humanidade. Ao nordés, moi preto do val do Côa, sitúase a parte máis ao sur do Parque Natural do Douro Internacional.
