俄克拉荷馬州東緣為歐劄克高原和沃希托山脈，南部為從得克薩斯州延伸過來的墨西哥彎沿岸平原，北部和中部為廣袤的平原，西端為鍋柄區。最高點在鍋柄區西邊的黑方山，海拔1517米。
俄克拉荷馬州是高平原之南部。地勢西北高，東南低，有許多河流平行流下。本州是阿肯色河上遊流域及紅河流域。依據地形，可分四區：西北角是黑臺地Black Mesa(高平原之壹部)高壹，二百公尺；中部是平原區，已被切割，高度約四公尺；東北部是奧沙克高地；東南部是奧赤塔山地。
俄克拉荷馬州屬溫帶大陸性氣候，年平均氣溫15.5℃，從西北向東南遞增。降水量自東向西遞減，沃奇塔山區達1270毫米，鍋柄區只有380毫米。
俄克拉荷馬州的主要自然災害是強烈的暴風雨、冰雹和龍卷風。該州大部分地區位於龍卷風帶，每年均有50多次龍卷風發生，是世界是龍卷風最多的地區之壹。該州還有“塵土盆”之稱。
俄克拉荷馬州自然資源主要有石油、天然氣和銅、銀、鉛、鋅、鐵、錳、鈦、鈾等有色金屬以及石膏、花崗石等。俄州天然氣產量居全美第3位。