信濃川の上流域は、本州の中央部にあってその周囲を2,000m以上の諸山脈に囲まれており、顕著な内陸性気候となっています。そのため、降水量は全域的に少ない地帯となっています。
一方、下流部の新潟県側は逆に日本海型特有の気候をしめし、日本有数の豪雪地帯となっています。
年間降水量をみると長野市の938mmに対し長岡市の2,310mmと約2.5倍の開きがあります。

地形をみると、上流部は日本の屋根といわれる急峻な北アルプスの山々と長野盆地を始めとする平地部からなり、下流部は信濃川の流下土砂により形成された越後平野からなります。
信濃川は緩急の流れにより情緒豊かな川となっていて、県境の山間部は日本でも典型的な河岸段丘であり信濃川を特徴づけています。