郑州市中原区为荥阳山间平原向东延伸的一部分。由于长期地质变化，辖区西南部为侵蚀、削蚀浅山丘陵地区，其余部分为黄土状倾斜平原。按地貌分，全区总面积中平原占78%，丘陵占22%。整个地势是西部高、东部低，西南高、东北低，即西南向东北倾斜，或局部南北向倾斜。
境内河流有贾鲁河、金水河、须水河。贾鲁河四季有较少基流，其余均为季节河，均属淮河水系。湖有西流湖，1974年郑州市为解决城市居民生活和工业生产用水，在贾鲁河河谷经人工改造而成，面积约125万平方米，容水量为100万立方米，为引黄入郑工程。黄河水经邙山三级提灌后，自西北向东南流入西流湖。水库有常庄水库，原设计以农业灌溉为主。2014年9月21日，丹江水进入南水北调郑州段干渠，试验充水最大流量50-100立方米/秒。23日，丹江水抵达黄河以南充水试验的终点——中原区段须水河节制闸。27日5时21分，郑州段双洎河渡槽节制闸闸前达到目标水位，水深7米左右，上游小洪河倒虹吸节制闸闸门关闭，郑州全段充水结束，进入静水观察期。
