नैनीताल की झील बाहरी हिमालय में मेन बाउन्ड्री थ्रस्ट के करीब स्थित प्रकृति की दुर्लभ रचना है। सात ऊँची पर्वत श्रृंखलाओं से घिरे नैनीताल की भू-आकृति कटोरानुमा है। नैनीताल, पट्टी/ परगना छः खाता के अन्तर्गत आता है। छः खाता शब्द संस्कृत का अपभ्रंश है। छः खाता का भावार्थ है- 60 झीलों वाला क्षेत्र। जिसमें से नैनीताल, भीमताल, सातताल, नौकुचियाताल, मलुवाताल, खुर्पाताल, सरियाताल और बरसाती झील सूखाताल आदि शामिल है।

नैनीताल का भौगोलिक क्षेत्रफल 11.73 वर्ग किलोमीटर है। यहाँ पहाड़ियों के बीच समुद्र सतह से 1938 मीटर की ऊँचाई पर एक भव्य झील स्थित है। एक दौर में इस झील की लम्बाई करीब 1,433 मीटर और चौड़ाई करीब 465 मीटर गहराई 28.3 मीटर और झील की परिधि 3,621 मीटर थी। तालाब की सतह का क्षेत्रफल 487.639 मीटर था। झील का क्षेत्रफल 120.5 एकड़ था। तालाब के पानी का रंग नीला-हरा था। पानी एकदम साफ-सुथरा पीने योग्य था। बरसात और पहाड़ियों में स्थित सदाबहार झरने तालाब को सदैव पानी से भरा रखते थे।
 
नैनीताल के उत्तर में 2,611 मीटर ऊँची चोटी नैना पीक है। इससे आगे 2,270 मीटर ऊँची आलमा पहाड़ी है। पूर्वी छोर में 2,267 मीटर ऊँची शेर-का-डांडा पहाड़ी है। पश्चिम में  2,273 मीटर ऊँची देवपाटा पहाड़ी है, इसे कैमल्स बैक भी कहते हैं। दक्षिण में 2,235 मीटर ऊँची अयारपाटा पहाड़ी है। इसके अतिरिक्त हांडी-भांडी 2,139 मीटर और 2,292 मीटर ऊँची टिफन टॉप पहाड़ियाँ हैं। यहाँ की जलवायु समशीतोष्ण है। यहाँ गर्मियों में अधिकतम औसत तापमान 26,7 डिग्री सेंटीग्रेट तथा औसत न्यूनतम तापमान 10.6 डिग्री सेंटीग्रेट रहता है। जाड़ों में यहाँ का सत तापमान 16.6 डिग्री सेंटीग्रेंट तथा न्यूनतम 2.8 डिग्री सेंटीग्रेट रहता है। ठंड के दिनों बर्फ गिरने पर यहाँ का तापमान कभी ऋण (-) 4 डिग्री सेंटीग्रेट से नीचे चला जाता है। आर्द्रता सौ प्रतिशत से 50 प्रतिशत तक रहती है।
 
नैनीताल में वर्षा का औसत 90 से 120 इंच तक आंका गया है। यहाँ मानसून के अलावा अन्य ऋतुओं में भी वर्षा होती है। जाड़ों में हिमपात भी होता है। नगर की वायु दिशा चक्रवातीय एवं प्रति चक्रवातीय है। यहाँ की जलवायु को प्रभावित करने में झील महत्त्वपूर्ण कारक है। गर्मियों के मौसम में भी ठंडी हवा के झोंके यहाँ की जलवायु की प्रमुख विशेषता हैं।