* Về đồi núi: Địa hình toàn huyện dốc từ phía tây sang phía đông. Do vị
trí địa lý của huyện, Đại Từ đƣợc bao bọc xung quanh bởi các dãy núi:
- Phía Tây và Tây Nam có dãy núi Tam Đảo ngăn cách giữa huyện và tỉnh Vĩnh Phúc, Phú Thọ. Kéo dài từ xã Yên Lãng đến Quân Chu, có nhiều núi cao, địa hình chia cắt sâu, độ cao từ 300-600 m, với độ dốc từ 16 đến 35°, có nhiều nơi dốc trên 35°.
- Phía Bắc có dãy Núi Hồng và Núi Chúa.
- Phía Đông là dãy núi Pháo cao bình quân 150-300 m.
* Sông ngòi, hồ đập, thuỷ văn:
- Sông ngòi: Hệ thống sông Công chảy từ Định Hoá xuống theo hƣớng Bắc Nam với chiều dài chạy qua huyện Đại Từ khoảng 2 km. Hệ thống các suối, khe nhƣ suối La Bằng, Quân Chu, Cát Nê v.v… cũng là nguồn nƣớc quan trọng cho đời sống và trong sản xuất của ngƣời dân trong huyện.
- Hồ đập: Hồ núi Cốc lớn nhất Tỉnh với diện tích mặt nƣớc 769 ha, vừa là địa điểm du lịch nổi tiếng, vừa là nơi cung cấp nƣớc cho các huyện Phổ Yên, Phú Bình, Sông Công, Thành phố Thái Nguyên và một phần cho tỉnh Bắc Giang. Ngoài ra còn có các hồ: Phƣợng Hoàng, Đoàn Uỷ, Vái Miếu, Đập Minh Tiến, Phú Xuyên, Na Mao, Lục Ba, Đức Lƣơng với dung lƣợng nƣớc tƣới bình quân từ 40-50 ha mỗi đập và từ 180-500 ha mỗi hồ.
- Thuỷ văn: Do ảnh hƣởng của vị trí địa lý, đặc biệt là các dãy núi bao bọc, Đại Từ thƣờng có lƣợng mƣa lớn nhất Tỉnh, trung bình lƣợng mƣa hàng năm từ 1.800-2.000 mm rất thuận lợi cho phát triển sản xuất nông lâm nghiệp của huyện (đặc biệt là cây chè).