Catamarca posee tres regiones geográficas bien diferenciadas:

• Región andina
• Región puneña
• Región subandina

La región andina está ubicada en la zona occidental de la provincia, y corresponden a ella las mayores alturas de Catamarca: cerros Incahuasi (6.638 metros sobre el nivel del mar), El muerto (6.488 metros sobre el nivel del mar ), El cóndor (6.373 metros sobre el nivel del mar ). Los cordones cordilleranos se disponen de norte a sur, con excepción de la cordillera de San Buenaventura, en la zona central de la provincia, que está orientada de oeste a este. En la zona norte, entre los Andes y las sierras de Calalaste, se encuentra el salar de Antofalia.

La región puneña, o de la puna catamarqueña, corresponde al departamento de Antofagasta y al norte del departamento de Belén. Altiplanos rodeados de elevados cordones montañosos son la fisonomía característica del paisaje puneño. El suelo es salino, debido a la intensa evaporación de agua, que deja las sales en la superficie

Las zonas este y sur de la provincia se ubican en la región de las sierras subandinas, que tienen por lo general orientación norte-sur. Sus cumbres son redondeadas y sus laderas orientales presentan pendientes suaves, mientras las occidentales son abruptas y reciben el nombre de cuestas. Las sierras están separadas por áreas llanas denominadas "planicies" .Dos son los principales cordones serranos: las sierras subandinas centrales y las orientales. En los cordones centrales se encuentran las sierras del Hombre Muerto, Chango Real, Jarillal, Las Cuevas, Hualfin, Alumbrera, Belén, Zapata y Fiambalá. El pico más alto de este sector es el cerro Morado (4.920 metros sobre el nivel del mar), ubicado en la serranía de Fiambalá. En los Cordones orientales se encuentran las sierras de capillitas, Las Lajas, El Alto, El Manchao, Ambato, Forinango, Graciana y Ancasti, y las de los Quilmes o el cajón y Aconquija en el límite con Tucumán.

Los deshielos en las altas cumbres cordilleranas del oeste son la causa de la formación de ríos que, al descender y desembocar en la llanura, permiten desarrollar verdaderos oasis cultivados por regadios. Las sucesivas cadenas montañosas abruptas, de dirección norte-sur, no dejan que esas aguas lleguen a las regiones del este y tienden a derivarlas hacia el norte, fuera del territorio provincial o hacia cuencas sin salida, generalmente salinas. Estas características obligan a cada uno de los valles catamarqueños a autoabastecerse con los recursos de agua generados en su propia cuenca imbrífera. Las principales cuencas hidrográficas de Catamarca son las de los ríos Abaucán, Belén y santa maría; y la cuenca de Antofagasta, con los ríos Punilla, Peñón y colorado. Por lo general son ríos de poco caudal y escasa longitud, que tienen recorridos muy accidentados y con tramos interrumpidos o cortados. suelen estar secos en invierno. En todo lo posible se los aprovecha para regadío, razón por la cual las poblaciones humanas se asientan cerca de los cursos de agua, irk-luso desde los tiempos Prehispánicos. Para el mejor aprovechamiento y racionalización del agua, se emplean sistemas de riego del tipo por aspersión o por goteo.

Hacia el sudoeste de la provincia se encuentra el salar de Pipanaco, una zona deprimida de unos 600 km2 , donde desaguan numerosos ríos y arroyos que nacen en las sierras de los alrededores. En el extremo sudeste de Catamarca, en el límite con Córdoba y La Rioja están las Salinas Grandes.

Otros salares de la provincia son el de Antofagasta y el del Hombre Muerto, al norte, y la Salina de la Laguna Verde, al oeste.