冷水滩区地处越城岭余脉，零祁丘岗盆地的北部，四明山下，北、东、西三面高，中、南部较低平。境内以杨村甸乡的腾云岭为最高峰，海拔1052米，最低是竹山桥镇的哲洲滩，海拔80.3米，最大高差971.7米。
冷水滩区和南边的芝山、西边的东安、东边的祁阳共同构成一个较大的山间盆地。盆地分成东、西、南、中部分；东祁阳，西东安，南芝山，冷水滩居中。区境北端是四明山，南边为紫金山，东西两面以及中间的广大地区则是微波起伏的平原岗地。湘江以北，从四明山的腾云岭到哲洲滩，平均坡降为百分之二点九。
冷水滩区境地貌特点以岗地、平原为主，山地、丘陵、水域兼有。