Heildarflatarmál fylkisins er 183.123 ferkílómetrar (20. í stærðarröð BNA).  Sambandsstjórnin á 4,4% landsins.  Það er nokkurn veginn ferkantað í laginu og 340 km frá norðri til suðurs og 580 km frá austri til vesturs.  Hæð yfir sjó er minnst meðfram Rauðá í norður- og norðausturhlutum fylkisins (229m) og mest á tindi White Butte í Bandlands í suðvesturhlutanum (1.069m).  Meðahæð yfir sjó er 579 m.

Norður-Dakota er skipt í tvær landfræðilegar einingar:  Láglendið við vesturhluta Vatnanna miklu og Slétturnar miklu.  Austurhluti landsins er við Vötnin miklu.  Láglend sléttan þar er mörkuð jökulminjum, jökulöldum og flötum vatnsbotnum.  Botn hins forna Agassiz-vatns meðfram austurlandamærunum er þakinn einhverjum frjósamasta jarðvegi fylkisins.  Þarna eru víða mýrlendi og tjarnir.  Við vesturmörk þessa láglendis er 90-180 m hár kantur, sem er kallaður Missouri Coteau.  Vestan hans eru Slétturnar miklu, sem Dakotabúar kalla Missouri sléttuna.  Þar er landslag fjölbreytt.  Víða tróna brattar og flatar hæðir allt að 180 m yfir umhverfið og landræma í suðvesturhlutanum, kölluð Badlands, með veðruðum setlögum, sem mynda ótrúlegustu höggmyndir náttúrunnar.

Helztu vatnsföll eru Missouri-áin og þverár hennar (Litla-Missouri, Knife, Heart og Cannonball), Rauðá og þverár (Pembina, Forest, Goose, Maple, Sheyenne og Wild Rice), Souris-áin og James-áin (þverár Missouri).  Þá er fjöldi smávatna og tjarna á jökulurðasvæðinu.  Hið stærsta er Devils Lake.  Stærsta vatnið er manngert, Sakakawea-lónið, sem myndaðist ofan Garrison-stíflunnar í Missouri-ánni.

Loftslagið.  Meginlandsloftslag ríkir í fylkinu.  Vetur eru langir og harðir og sumrin stutt og heit.  Loftraki er oftast lítill á sumrin, þannig að hitinn er bærilegri.  Meðalárshiti er á bilinu 6,1°C í suðvesturhlutanum og 2,2°C í norðvesturhlutanum.  Lægsta skráð hitastig er -51,1°C (1936) og hið hæsta 49,4°C (1936).  Veturnir eru tiltölulega þurrviðrasamir.  Meðalársúrkoman er 815 mm.

Flóra og fána.  Áður en landið var numið var mest um gresjur með háu grasi á austursléttunum og lægra grasi í vesturhlutanum.  Skóglendi þekur tæplega 1% af landinu.  Helzt er að sjá trjágróður í árdölum (eik, askur og ösp).  Í vesturhlutanum vaxa lág sedrustré (Badlands).  Blómastóð er mikið á sléttunum.

Fyrrum reikuðu risastórar hjarðir vísunda um slétturnar.  Núna ber mest á antilópum (vesturhl.) og dádýrum.  Víða má búast við að sjá gaupur, greifingja, bifra, mink, þvottabirni og kanínur.  Á Badlands-svæðinu eru stórar byggðir sléttuhunda.  Fuglalífið er fjölbreytt, einkum á sumrin, þegar stórir skarar vatnafugla verpa við stöðuvötnin og í mýrunum.  Í vötnum og ám eru bassar, geddur, karfar og karpar.

Auðlindir, framleiðsla, iðnaður.  Námuvinnsla stendur undir 4% af vergri þjóðarframleiðslu.  Í jörðu finnast miklar birgðri olíu, brúnkolum, sandi og möl auk náttúrugass, leirs og kalksteins.

Landbúnaðurinn á rúmlega 9% af vergri þjóðarframleiðslu.  Hvergi er meira ræktað og framleitt af durum-hveiti (mikið notað í pastarétti) og öðrum snemmsprottnum hveititegundum auk byggs, hörs og sólblóma.  Aðrar mikilvægar ræktunartegundir eru hey, sykurrófur, kartöflur og rúgur.  Mikið er ræktað af nautgripum til mjólkur og kjötframleiðslu, svínum og sauðfé.

Iðnaður, sem vinnur úr hráefni námanna, er 6% af þjóðarframleiðslunni.  Mikið er framleitt af vélbúnaði til iðnaðar, matvælum, flutningatækjum, olíuvörum og talsvert er um prentun og útgáfustarfsemi