Geografisk ligger Khorasan på et fjellplatå med en gjennomsnittshøyde på 985 meter over havet. Deler av landskapet domineres av fjellkjeden Alborz, som strekker seg fra nordvest til sørøst. Det turkmenske steppelandskapet begynner i den nordøstlige delen av provinsen, og i de vestlige og sørlige delene ligger de store ørkenene Dasht-e Kavir og Dasht-e Lut. I den nordlige delen faller det tilstrekkelig med regn, hvor størstedelen av befolkningen er bosatt og hvor det også i større grad er mulig å drive med jordbruk.