고양시 일대의 지형은 북한산(北漢山)과 한강(漢江)을 끼고 있어 북동부가 높고 남서부가 완경사인 인근 해안까지 평탄하고 넓은 평야지대로 이루어져 있다. 북동부 지역은 태백산맥의 철령(鐵嶺)에서 갈라져 나온 광주산맥(廣州山脈)의 한 여맥이 고양시 북동부 근교지역에서 도봉산(717m), 북한산(836.5m) 등의 준봉을 이루고 있고, 중앙지역은 구릉지대로서 산림이 울창하며, 북한산지에서 발원하는 곡릉천(恭陵川)과 창릉천이 흐르고 있다.
토질은 오랜 삭박작용과 한강에 의한 토사운반 작용으로 덕은동에서 구산동 일대에 걸쳐 범람원성 충적지를 이뤄 토사가 매우 비옥하다. 구릉지대는 오랜 침식작용으로 토질이 비옥하여 과수 재배에 적합할 뿐 아니라 수입이 높은 관상수, 화훼류, 고등채소 재배에 적합하여 대도시를 대상으로 한 농업이 발전해 왔다.
기후는 대륙성 기후와 해양성 기후의 중간성을 나타내고 겨울에는 북서계절풍의 영향으로 기온이 낮고 건조하여 삼한사온 현상을 보이고 있으며, 여름에는 아열대 해안 기압권의 영향으로 고온다습하다. 강수량은 대체로 연간 1,100㎜ 안팎을 기록하며 여름철 장마시기에 집중적으로 내린다.