El territorio  comprende dos zonas bien diferenciadas: la cordillerana, al oeste, y la de las mesetas en el centro y el este. En la Cordillera de los Andes, apoyo del límite co n Chile, se levantan cumbres como el Fitz Roy,  de 3.405 m y en el cerro Agassiz de 3180 m de altura. En ella se encuentran numerosos lagos, como el Buenos Aires, Pueyrredón, el San Martín, el Viedma y el Argentino.
Una característica de la región cordillerana es el gran desarrollo glaciario y los campos de hielo continental, que cubren, como una coraza blanca, la parte central de la cordillera. Precisamente, más de 2.000 Km2 de unos de estos campos de hielo se encuentran en territorio provincial. De él se desprenden inmensos glaciares, como el Viedma que terminsa en el lago del mismo nombre; el Upsala y el Perito Moreno que se hunde en el lago Argentino. Este glaciar tiene un frente de 5 Km y su altura alcanza los 60 m.
Al este de la zona cordillerana predominan los relieves amesetados, como la gran meseta central. También se levantan algunos cerros aislados y algunas zonas deprimidas, denominadas bajos, como el Gran Bajo de San Julián, que alcanza los 105 m bajo el nivel del mar y constituye la mayor depresión de Sudamérica. La meseta termina en la costa atlántica, con un elevado acantilado que solo interrumpen las desembocaduras de los grandes ríos, que nacen en la cordillera y desaguan en los grandes lagos. Los principales ríos, que corren en dirección oeste-este, son el Deseado, el Chico, el Santa Cruz, el Coig y el Gallegos. El Deseado atraviesa la patagonia extra-andina con su amplio valle y desemboca en un estuario muy apto para la construcción portuaria. El río Chico nace en la meseta de la Muerte, bordea por el sur a la meseta central, bifurcándose en varios brazos, y desemboca en un estuario al cual confluye también el río Santa Cruz. Este último es emisario de los lagos Viedma y Argentino, receptores de los deshielos del gran campo glaciario comprendido entre los cerros Fitz Roy y Stokes. El río Gallegos se origina con el nombre de Turbio y recorre la zona carbonífera homónima.