Rzeźba terenu thumb|Dniepr Większa część obszaru obwodu smoleńskiego znajduje się na niezbyt wysokim terenie wyżynnym, na Grzędzie Smoleńsko-Moskiewskiej, stanowiącej zachodni kraniec Niziny Wschodnioeuropejskiej. Najwyższy punkt regionu znajduje się na wysokości 319 m n.p.m., zaś przeciętna wysokość bezwzględna w regionie to 220 m. Powierzchnia obwodu ma charakter pofałdowany i pagórkowaty; odznaczają się w niej głęboko wcięte doliny rzeczne. Miejscami na terenie obwodu występują niewielkie obszary nizinne, mające charakter lokalny (Nizina Wazuska, Wierchniednieprowska, Bieriezińska).
Hydrografia thumb|Rzeka Desna Około 60% powierzchni obwodu należy do zlewiska Dniepru, 25% – do zlewiska Wołgi, a 15% – do zlewiska Dwiny Główną rzeką regionu jest Dniepr, ponadto innymi dużymi rzekami są jego dopływy: Soż, Desna, Wop, Wiaźma i in. Ponadto dość dużymi rzekami są dopływy Wołgi: Wazuza i Ugra.
Na obszarze obwodu nie ma wielkich jezior. Zbiorniki wodne znajdują się głównie w północno-zachodniej części regionu i są pochodzenia lodowcowego (znajduje się tam ok. 50 takich jezior).
Klimat Na obszarze obwodu panuje klimat umiarkowany ciepły typu kontynentalnego. Charakteryzuje się on dość chłodną zimą i ciepłym latem. Średnia temperatura stycznia to −8,5 ÷ −9 °C, a lipca +17 ÷ +18 °C.