Территория района расположена в пределах Припятского Полесья. Рельеф местности, в основном, равнинный, заболоченный, поэтому перепады высот незначительны. Моренные возвышенности на юге - следы ледниковой эпохи. Самое высокое место района - 168,5 м над среднегодовым уровнем Балтийского моря - находится на юг от деревни Городная. Самое низкое - 123.1 м - на юго-восток от д. Семигостичи.

Географической особенностью Столинщины является наличие густой сети рек, озёр, искусственных водоёмов. Район хорошо обеспечен водными ресурсами. На его территории протекает 17 больших и малых рек. Наиболее крупные из них: Припять, Горынь, Стырь, Ствига, Льва и Моства. Они оказывают заметное влияние на жизнедеятельность района при частых паводках. Наибольшей силой, а значит и последствиями, характеризуется паводки на реке Горынь с её густонаселённой поймой. Только за последние десятилетия самыми памятными для жителей были паводки 1966, 1974,1979, 1993 и 1999 гг.

42 озера (самое крупное озеро - Большое Засоминное находится в южной части района). Водохранилища Морочно (на канале Великолесский) и Большие Орлы (на канале Бор-Дубенецкий).

Для юго-восточной части района характерна значительная заболоченность земель. Здесь расположены такие крупные болота, как Морочно, Красное и Гало. Два последних, по мнению учёных, образуют крупнейший в Европе цельный лесоболотный массив, который из-за своей труднодоступности испытал весьма незначительное воздействие антропогенного фактора. В 1998 году здесь создан республиканский ландшафтный заказник «Ольманские болота» площадью 94 тыс. га с целью охраны сообществ редких и исчезающих видов растений, животных и птиц.

Наиболее известным объектом окультуренной природы на Столинщине является пейзажный парк «Маньковичи», объявленные в 1963 г. памятником природы республиканского значения. Интересными памятниками садово-парковой культуры конца 19-начала 20 веков являются также охраняемые государством парки «Ново-Бережное» и «Нижний Теребежов».

Столинщина богата лесами. Лесные угодья (сосновые, черноольховые, дубовые, березовые) занимают площадь 128,3 тыс. га, что составляет до 35 процентов общей площади района.

Почвообразующие породы на территории Столинского района представлены ледниковыми, водно-ледниковыми, древними и современными озерно-речными, болотными и эоловыми отложениями: суглинками (редко), супесями связными и рыхлыми, песками и торфом. Почвообразующие породы одного, двух - и трёхчленного строения.

Северная часть района представлена поймой реки Припяти и её притоков с островками надпойменных террас.

Особенно выделяется район Столинской возвышенности вокруг г. Столина. Почвообразующие породы, в основном, трёхчленного, реже двухчленного строения.

В Красную книгу Беларуси занесены 36 видов растений, в их числе - ликоподиелла заливаемая (плауночек заливаемый) многоножка обыкновенная, сальвиния плавающая, кувшинка белая, прострел луговой, росянка промежуточная, лапчатка белая, дрок германский, водяной орех плавающий, кадило сарматское, шалфей луговой, колокольчик широколистный, лилия кудреватая, касатик сибирский, шпажник черепитчатый, венерин башмачок настоящий) и 58 видов животных, в их числе - мушловка (орешниковая соня), барсук, большая и малая выпи, черный аист, белоглазая чернеть, орлан-белохвост, змееяд, полевой лунь, малый и большой подорлики, филин, воробьиный и домовый сычи, бородатая неясыть, болотная сова, золотистая щурка, сизоворонка, хохлатый жаворонок, вертлявая камышевка, мухоловка-белошейка, усатая синица, белая лазоревка, чернолобый сорокопут, болотная черепаха, медянка, стерлядь, обыкновенный подуст.

Из охотничье-промысловых животных водятся лось, косуля, кабан, волк, лисица, заяц-русак, куница, серая куропатка, тетерев, болотная дичь.

На территории района расположены такие памятники природы республиканского значения как парк «Маньковичский» в г. Столине, «Две пихты кавказские» в д. Маньковичи, а также памятники местного значения: парки «Ново-Бережновский» в д. Ново-Бережное и «Нижне-Теребежевский» в д. Нижний Теребежев, «Два дуба черешчатых» в р.п. Речица, а также особо охраняемые природные территории – заказники республиканского значения «Средняя Припять» и «Ольманские болота» и заказник местного значения «Морочно».