Huyện Trùng Khánh có độ cao trung bình từ 600-800 m so với mặt nước biển; có cấu trúc địa hình đa dạng, phức tạp, thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam. Xen giữa những dãy núi đá là những thung lũng bằng phẳng, được kiến tạo bởi thiên nhiên và bao trí tuệ, công sức khai phá của nhân dân các dân tộc từ nhiều đời, đã tạo nên những cánh đồng, ruộng rẫy trù phú, như các vùng Ngọc Khê, Đình Phong, Chí Viễn, Trung Phúc, Đàm Thủy, Phong Nặm, Lăng Hiếu, Phong Châu, Đức Hồng, Cao Thăng,…Nét đặc trưng của địa hình Trùng Khánh là giữa các thung lũng bằng phẳng có những ngọn núi đá, núi đất sừng sững, nhấp nhô với nhiều hình dạng, tiêu biểu là vùng Ngọc Khê (thuộc xã Ngọc Khê) dọc sông Quây Sơn, được dân gian ca ngợi là vùng “Hà lục sơn thủy hữu tình”.
Huyện Trùng Khánh còn có những dãy núi đá cao, chạy dọc biên giới giữa Việt Nam và Trung Quốc, ở phía Bắc và Đông Bắc, tựa hồ một phên dậu, bức tường thành che chắn. Trong những dãy núi đó cao nhất là ngọn Giang Mũ, thuộc xã Ngọc Khê, với độ cao trên 873 m. Phía Nam và Tây Nam là địa hình chuyển tiếp của cao nguyên miền Đông (thuộc đới Hạ Lang trong kiến tạo địa chất thuộc vùng đất có nhiều khoáng sản quý như măng gan, bôxít, thạch anh, ngọc bích,…), cao dần từ Nam lên Bắc.
Do điều kiện vị trí địa lý và địa hình, huyện Trùng Khánh chịu nhiều ảnh hưởng của khí hậu á nhiệt đới; thường chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi gió mùa, chủ yếu là gió mùa Đông Bắc. Mùa Đông, độ ẩm thấp, khô hanh và rét buốt; mùa Hè nóng bức, chỉ mát dịu về ban đêm. Khí hậu hai mùa nóng lạnh rõ rệt. Mùa lạnh bắt đầu từ tháng 10, kéo dài đến hết tháng 5 năm sau. Nửa đầu mùa lạnh là thời kỳ khô hanh, ban ngày nhiệt độ ấm áp, nhưng ban đêm nhiệt độ thường thấp, với độ chênh lệch giữa ngày và đêm từ 5-100C; cuối mùa lạnh thường có mưa phùn, tiết trời âm u, độ ẩm cao; chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm khoảng 4-50C. Tháng 12 và tháng giêng hàng năm thường có gió mùa Đông Bắc tràn về, nên đây thường là những tháng lạnh nhất, có sương muối, nhiệt độ có lúc xuống dưới 00C. Sương muối thường xuyên xảy ra từng đợt từ 1-2 ngày, đôi khi lên tới 4-5 ngày. Mùa nóng bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 9. Nhiệt độ cao nhất trong tháng 5 và tháng 6, trung bình lên tới 360 C. Sau tháng 7 nhiệt độ giảm dần, trung bình khoảng từ 20-250C. Vào khoảng giữa tháng 4 và tháng 5, do sự chuyển tiếp giữa mùa nóng và mùa lạnh, nên hàng năm dễ xảy ra mưa đá.
Lượng mưa trung bình hàng năm từ 1500mm-1900mm. Có những năm mưa nhiều, thường gây lũ lụt cục bộ; ở các vùng thượng nguồn, đất ruộng và rẫy dễ bị rửa trôi bạc màu, gây hư hại cho cây cối, mùa màng, ảnh hưởng tới đời sống sinh hoạt của nhân dân.
Trong hệ thống sông suối, Trùng Khánh có hai con sông chính: sông Bắc Vọng và sông Quây Sơn.
Sông Bắc Vọng, bắt nguồn từ Trung Quốc, chạy qua địa phận tỉnh Cao Bằng có độ dài 77 km, chảy ra phía Đông các huyện Trà Lĩnh, vào Trùng Khánh qua các xã Trung Phúc, Thông Huề, Đoài Côn, Thân Giáp và chảy sang huyện Hạ Lang, ra huyện Quảng Uyên, Phục Hoà, hợp lưu với sông Bằng Giang rồi chảy sang Trung Quốc. Do chảy qua các vùng đá vôi của cao nguyên miền Đông, quá trình nước chảy đá mòn, bị xâm thực dữ dội qua những mùa mưa lũ tràn ngập, tạo nên những cánh đồng nhỏ hẹp ở ven sông suối, bề mặt của những cánh đồng hoặc nương rẫy lô nhô những mỏm đá nổi, đá ngầm, gây khó khăn cho việc làm đất, gieo trồng các loại cây lương thực. Độ dốc trung bình của sông Bắc Vọng khoảng 0,0090, lưu lượng nước bình quân 25m3/giây; có nhiều quãng sông hiểm trở, nhiều thác ghềnh.
Sông Quây Sơn có hai nhánh chính đều bắt nguồn từ Trung Quốc, chiều dài khoảng 76 km. Nhánh lớn nhất chảy qua xã Ngọc Khê; nhánh thứ hai, còn gọi là sông Tà Pè, chảy theo hướng Đông Nam, qua xã Phong Nậm, Ngọc Khê, hợp lưu với nhánh chính tại Khả Mong, xã Ngọc Khê, chảy qua các xã Đình Phong, Chí Viễn, Đàm Thủy qua huyện Hạ Lang rồi chảy sang Trung Quốc. Lòng sông tuy không rộng nhưng sâu, nước chảy xiết, độ dốc bình quân là 0,010, có nhiều thác ghềnh như thác Khoang (Thoong Khoang), xã Ngọc Khê, cao 10 m; thác Gót (Thoong Gót) xã Chí Viễn, cao trên 20 m. Đặc biệt là thác Bản Giốc, xã Đàm Thủy, có độ cao trên 50 m; thác có 2 nhánh: nhánh bên phải dòng nước đổ thẳng xuống vực, nhánh bên trái dòng nước hạ dần thành ba bậc, nối tiếp nhau thành một dòng chảy, do độ dốc lớn, dòng chảy đổ xuống vực sâu, tung bọt trắng xóa và bay lưng chừng núi, hơi nước bốc lên, tạo những màn sương mù huyền ảo, như những dải lụa trắng vắt ngang sườn núi, vừa hùng vĩ, vừa thơ mộng.
Do điều kiện địa hình thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, nên phần lớn các con sông, con suối bắt nguồn từ phía Tây Bắc chảy theo hướng Đông Nam qua các vùng núi đá vôi, dọc các con sông (Bắc Vọng, Quây Sơn,…) có nhiều thác ghềnh, nước chảy xiết. Lợi dụng sức nước, nhân dân đã làm những “cọn” nước đưa nước từ sông, suối lên độ cao từ 5-10 m cung cấp nước tưới cho hàng trăm ha lúa và các loại cây trồng khác, hoặc dùng giã gạo,…
Các dòng sông lớn như Quây Sơn, Bắc Vọng và nhiều suối, ao, hồ là nguồn lợi thủy sản dồi dào. Diện tích mặt nước toàn huyện là 56,9 ha, chiếm 1,87% diện tích tự nhiên. Nơi đây có nhiều loại cá quý, có giá trị kinh tế cao như cá chiết (có con nặng tới chục kilôgam), cá chép, cá trầm xanh, cá chuối, ba ba,… Đặc biệt là cá trầm hương (ở vực Lũng Đính; nay thuộc xã Đình Phong), thơm ngon nổi tiếng nhất vùng. Cá nặng chừng 1-2 kilôgam, vẩy trắng, gần mang có một vòng vẩy điểm màu xanh cửu long. Đây là loại cá đặc sản của huyện Trùng Khánh.
Hàng năm, nhân dân trong vùng dọc các con sông Bắc Vọng, Quây Sơn và những suối lớn nhỏ đã đánh bắt hàng chục tấn tôm, cá các loại, phục vụ sinh hoạt của nhân dân địa phương.
Tổng diện tích đất nông nghiệp của Trùng Khánh là 38.798,40 ha, với nhiều cánh đồng màu mỡ lớn nhỏ. Dọc theo sông Quây Sơn là những cánh đồng trải dài, màu mỡ, như: cánh đồng xã Ngọc Khê, dài gần 10 km, rộng 2 km, đặc biệt là cánh đồng xã Đình Phong do phù sa dòng sông Quây Sơn bồi đắp, rất màu mỡ. Người dân quanh vùng thường lưu truyền câu ca “Quỳnh Lâu Lũng Đính đa hào phú” chính là để chỉ sự trù phú của dân cư vùng đất này. Bên cạnh đó còn có các cánh đồng Chí Viễn, Đàm Thủy. Dọc theo sông Bắc Vọng là những cánh đồng xã Trung Phúc, Thông Huề, Thân Giáp,…Ngoài ra còn có các cánh đồng lúa dựa vào nguồn nước tưới chủ yếu là các con suối và nước tự nhiên, như: Lăng Hiếu, Lăng Yên, Phong Châu, Bồng Sơn, Cao Thăng, Đức Hồng, Đoài Côn. Những cánh đồng lúa trên là nguồn cung cấp lương thực chủ yếu cho nhân dân huyện Trùng Khánh.
Tài nguyên rừng của Trùng Khánh rất phong phú. Rừng và đất rừng có 29.325,04 ha, chiếm 62,56% diện tích đất đai toàn huyện. Trong rừng có nhiều loại gỗ quý như: nghiến, quý lát, thông…, các loại động vật như: hổ, báo, gấu, sơn dương, lợn rừng, hươu, nai, khỉ, vượn, cầy vòi… các loại chim họa mi, gà rừng, chim gáy… Các loại lâm thổ sản: nấm hương, mộc nhĩ, sa nhân. Cây ăn quả gồm các loại như mận, lê, cam, quýt, đào. Đặc biệt, hạt dẻ là một loại đặc sản ở Trùng Khánh, rất thơm ngon, đã trở thành sản phẩm hàng hóa có giá trị trên thị trường trong nước và quốc tế.
Dưới lòng đất có nhiều loại khoáng sản, trung bình cứ 14,5 km2 có 1 điểm khoáng sản, trong đó có nhiều loại kháng sản quý như măng gan, bô xít, thạch anh,... Đá ngọc bích có nhiều ở Bản Piên xã Phong Châu; đá có độ bền, đẹp (từng được khai thác làm vật liệu góp phần xây dựng Lăng Chủ tịch Hồ Chí Minh). Măng gan có nhiều ở các xã Lăng Hiếu, Phong Châu, Đình Phong, Thân Giáp. Trong những năm 1940, Nhật đã khai thác những mỏ than lộ thiên ở Hiếu Lễ, Phong Châu, Ngọc Khê…, mỏ diêm tiêu ở Bản Quan (xã Phong Châu).
Về giao thông, Trùng Khánh là huyện biên giới, có tuyến tỉnh lộ đi cửa khẩu Pò Peo (nay thuộc xã Ngọc Côn) dài trên 20km và đường Trùng Khánh - Bằng Ca (Hạ Lang) dài 38km; Trùng Khánh - Trà Lĩnh dài 26km. Trước năm 1930, hệ thống đường giao thông ở Trùng Khánh rất lạc hậu, đi lại khó khăn, chủ yếu là đi bộ và ngựa thồ.
Quê hương Trùng Khánh được thiên nhiên ưu đãi: có núi, sông, đồng ruộng, nương rẫy, khoáng sản, động thực vật phong phú. Đó là những tiềm năng vô cùng to lớn, nếu được đầu tư, khai thác hợp lý, sẽ tạo cho Trùng Khánh những điều kiện thuận lợi lớn để phát triển nhanh và bền vững.