La provincia de Guantánamo está formada por dos grandes regiones naturales: El Valle de Guantánamo, con relieve llano y una extensa Bahía de Bolsa . Presenta importantes ríos que conforman la tercera cuenca hidrográfica a nivel nacional, llamada Guantánamo - Guaso donde se concentra el 80 % de la población del territorio. Los principales ríos son el Toa, El Miel, Duaba, el Guaso y Yumurí entre otros. Los suelos más productivos son los pardos y aluviales dedicados a la actividad agropecuaria: caña de azúcar, cultivos varios, zonas para el desarrollo ganadero y forestal. La zona montañosa abarca el 75 % del territorio, donde se localiza el Macizo Sagua - Baracoa, uno de los más extensos y atractivos del país. Al Norte se localiza una franja costera estrecha con extensos cocales cortada por la desembocadura de numerosos ríos, por el Sur se extiende una franja costera con presencia de valles aluviales intramontanos donde se practica la actividad agropecuaria, separados de la línea costera por cerros en forma de terrazas marinas. En el extremo Este se localiza la meseta de Maisí con uno de los sistemas de terrazas marinas mejores delineadas a nivel mundial, con numerosas cuevas de gran belleza.
La vertiente norte del territorio netamente montañosa, posee la característica de contar con una red hidrográfica bien desarrollada, con numerosos ríos, entre ellos el Río Toa catalogado como el más caudaloso de Cuba. La vertiente sur donde se concentra la mayor densidad de población y donde existen las mejores tierras para la agricultura, los ríos por lo general son de corto recorrido y escaso caudal, por lo que a partir del Triunfo de la Revolución resultó necesario la construcción de obras de regulación, para almacenar los excedentes de agua que se producen en los períodos de lluvia y utilizarlos en el período seco, a fin de satisfacer en parte las crecientes demandas de agua para la población, la industria y la agricultura.
El potencial hidráulico total de la provincia es de los más elevados del país correspondiendo la mayor parte a las aguas superficiales, ya que las subterráneas son escasas producto a las características del relieve y a la naturaleza poco permeable de las rocas del subsuelo.
A través del litoral sur se descubre el Semidesierto cubano, que conduce al viaducto La Farola por el que se asciende a la Primada de Cuba. Una elegante conjugación de lo colonial con hermosos paisajes naturales que propician los más diversos títulos populares por su peculiaridad y belleza.