Aunque la mayor parte de sus tierras son planas, se pueden distinguir dos zonas distintas: la primera, al oeste, en los límites con Nariño, es una región montañosa, en la que sobresalen los cerros Patascoy y Putumayo, con alturas que sobrepasan los 3.500 m y en la que su conformación topográfica muestra los climas cálido, medio, frío y páramo; y la segunda, al este, plana o ligeramente ondulada, está cubierta de selva, tiene alturas inferiores a los 300 m y ofrece un clima cálido y altas precipitaciones.

Por el departamento discurren los ríos Acaé, Alguacil, Caquetá, Juanambú, Sencello y Vides; además, numerosas quebradas y fuentes de menor caudal conforman la red hidrográfica departamental.