Mapa físico de Mongolia Interior
La mayor parte del territorio de la Región Autónoma de Mongolia Interior está constituido por altas mesetas y cadenas montañosas. Su territorio ocupa una superficie de 1 183 000 km².
Su zona oriental está dominada por las montañas del Gran Khingan, que descienden por el este hacia las llanuras de Manchuria. La central por las montañas de Yinshan y Langshan. El desierto de Gobi se extiende a lo largo de la frontera con Mongolia. Otros desiertos son el Mu Us y el Hobq, al sur de la curva del río Amarillo, y el desierto de Badain Jaran en el oeste.
La mayor parte de la zona oriental forma parte de las cuencas de los ríos Amur y Liao. El río Amarillo (Huang He) penetra hacia el norte y cruza cerca de las ciudades de Hohhot y Baotou antes de volver hacia el sur formando una U invertida, por lo que esta región es conocida como Hetao, "rodeada por el río" . El resto de la Mongolia central y occidental no forma parte de ninguna divisoria oceánica y tiene numerosos lagos salados.
La cima del Monte Helan, en las montañas del mismo nombre que se extienden a lo largo de la frontera con Ningxia, es el punto más alto de la región, con 3.556 metros. El mayor lago de agua dulce es el Hulun, en el nordeste, cercano a Mongolia y Rusia.