Беловежская пуща в целом занимает плоскую возвышенность, поднятую на 150–170 метров над уровнем моря. Наиболее возвышенна (до 205 метров) центральная часть, откуда тянется на юго-восток небольшая гряда холмов. Здесь лежит водораздел бассейнов Немана, Буга и Припяти. Из наиболее крупных рек на территории заповедника протекают Нарев и Наревка (бассейн Балтийского моря) и Лесна, впадающая в Южный Буг (бассейн Черного моря).
Озер в заповеднике нет, но многочисленны болотистые луга и затопленные леса. Построены два искусственных пруда: один, площадью 20 гектаров, создан в урочище Переров давно, а другой, площадью 350 гектаров, заполнен водой только в 1965 году.
Для Пущи характерны осенние паводки в результате затяжных дождей, когда реки выходят из низких берегов и затопляют большие площади лесов или лугов. В прошлом, когда реки были полноводнее, а леса простирались на огромных пространствах, в такие паводки звери собирались в Беловежскую пущу со всей округи, о чем сообщали летописцы еще в XIII веке.
Климат Пущи мягкий и влажный, сказывается сильное влияние западноевропейского атлантического климата. Но внутри большого лесного массива создается особый климат. Так, средняя годовая температура в Пуще 5°, а в ее окрестностях 6,3°. Весна в Пуще начинается на неделю позже, а осенние заморозки — раньше. Еще в апреле, а иногда и в мае бывают весенние утренники; осенние заморозки наступают уже в сентябре.
Лето в Пуще обычно дождливое, пасмурное. Часты сильные грозы с проливными дождями и порывистыми ветрами, принимающими силу урагана. Ветры со скоростью 40–45 метров в секунду выворачивают огромные ели, реже дубы и сосны. Ясные дни редки, и в такие дни в Пуще становится очень душно из-за высокой влажности воздуха.
Зима короткая и мягкая. Первый снег выпадает в ноябре — декабре, но скоро стаивает. Устойчивый снежный покров бывает не ежегодно, обычно ложится с половины января до середины марта. Характерна быстрая смена снегопадов оттепелями с дождями; часты непродолжительные гололеды. Нередки почти бесснежные зимы, когда идут дожди со снегом, реки разливаются и большие массивы низменных лесов стоят в воде. Случаются и суровые зимы с температурами ниже — 30° и высотой снежного покрова более 60 сантиметров.
Самое хорошее время в Беловежской пуще — ранняя осень с теплыми сухими днями и прохладными ночами; в это время исчезают слепни и комары.
Почти 90 процентов территории заповедника покрыто лесами, около 7 процентов занято болотами и лугами. Своеобразие лесов Беловежской пущи состоит в большом их разнообразии и частом чередовании различных растительных ассоциаций, не занимающих больших площадей. Беловежская пуща очень интересна этим разнообразием встречающихся в ней лесных пейзажей, пестрым сочетанием древесных пород, среди которых можно встретить 700-летние дубы, 300-летние сосны, гигантские клены, ясени, ели.
В Пуще насчитывается 21 древесная порода, но преобладает сосна, занимающая около 50 процентов в древостое, затем идут ель — 16 процентов, черная ольха — 14, дуб — 6, граб — 3, ясень — 3, береза — 2 процента; остальные, в том числе клен, липа, вяз, ильм и другие, составляют менее 1 процента в древостое.
Эти древесные породы, по классификации крупнейшего знатока пущанских лесов профессора И. К. Пачоского, образуют 52 ассоциации, относящиеся к пяти основным типам: бор, груд, ольс, ельник, дубрава. Лесоустройство Беловежской пущи проведено с учетом изменений, связанных с рубкой лесов и искусственными посадками. По классификации профессора И. Д. Юркевича, сейчас выделено 12 типов лесов.
Великолепны в Пуще чистые сосновые боры на возвышенных песчаных участках. Кое-где сохранились еще корабельные леса и мачтовые сосны, достигающие 30–32 метров высоты. Такие боры величественны, но однообразны, в них почти нет подлеска и подроста, только изредка встречаются одиночные кусты можжевельника или группы молодых елочек.
В понижениях рельефа боры сменяются заболоченными сфагновыми сосняками, которые в Пуще называют «багно». Почва багно покрыта сплошным ковром сфагновых мхов, пушицей и осоками, а многочисленные кочки оплетены ползучими стеблями клюквы или кустиками голубики, ивы, багульников. Столетние сосны достигают здесь всего 6–9 метров высоты. Тонкие, с почерневшей корой стволы таких карликовых сосенок венчают чахлые шарообразные кроны. Чистые сосновые боры занимают в Пуще около 26 процентов площади, багно — 4 процента.
На супесчаных почвах сосновые боры переходят в сосновоеловые леса, которые занимают около 25 процентов. Это типичные двухъярусные насаждения, где второй ярус и подрост образует ель, создавая часто труднопроходимые заросли. Небольшую примесь во втором ярусе дает береза.
Чистые ельники-зеленомошники и ельники-черничники встречаются в Пуще редко и небольшими участками. Однако за последнее столетие наблюдается интенсивное внедрение ели во все коренные древостои Беловежской пущи, вследствие чего увеличиваются площади сосново-еловых, елово-грудовых и елово-ольсовых лесов.