长野县南部的主要河川，伊那盆地系由天龙川沖积形成。位于长野县南部的诹访湖面积有12.9平方公里，是长野县面积第一大湖泊。长野县还有等湖泊。
气候.长野县大部分地区属于内陆性气候，但北部的部分地区（长野盆地、白马岳山麓等地）有日本海侧气候的特征，两者之间的主要区别在于冬季时有日本海侧气候特征的地区降雪量明显多于其他地区，也使得有日本海侧气候特征的地区滑雪等冬季运动发达。长野县在冬季气候寒冷。在日本所有都道府县厅所在地的1月平均气温中，长野市是倒数第四位。但另一方面，长野县的温差较大。