Fizjograficzne mezoregiony powiatu to: Równina Łukowska – na zachodzie i północy, Zaklęsłość Łomaska i Równina Kodeńska oraz fragmenty Równiny Parczewskiej – na południu, a także skrawek Polesia Brzeskiego – na wschodzie. Wszystkie one z wyjątkiem Równiny Łukowskiej wchodzą w skład makroregionu Polesie Zachodnie, natomiast tereny Równiny Łukowskiej na której znajduje się lewobrzeżna część stolicy powiatu, śródmieście Białej Podlaskiej, wchodzą w skład Niziny Południowopodlaskiej. Dwoma megaregionami występującymi na terenie powiatu są Niż Wschodnioeuropejski i Niż Środkowoeuropejski, których granica biegnie Krzną. Do tego drugiego należy Równina Łukowska.
Największe rzeki powiatu to: Bug, Krzna, Zielawa, Rudka i Klukówka; na rozległych łąkach wzdłuż tych rzek występują koloniami: czajki, rycki, rzadkie w kraju kuliki wielkie.
Przez powiat przepływa także Kanał Wieprz-Krzna, który zasila największy w powiecie 650-hektarowy zbiornik retencyjny „Żelizna”.