三明市境域地層結構發育完整，自下元古界至新生界共有12個系，37個地層單元包括變質巖、侵入巖、火山巖、沉積巖四大巖類。最古老的巖石層分布于建寧一帶的晚太古代天井坪組，是華夏古陸核的組成部分，代表福建省最古老的巖石層。

　　由于三明地跨福建三大構造單元，地質結構上存在四條斷裂帶：沙縣—南日島北西向斷裂帶，途經泰寧、將樂、沙縣、尤溪等地；永安—晉江北西向斷裂帶，途經明溪、永安、大田等地；邵武—河源北東向斷裂帶，途經泰寧、建寧、寧化等地；政和—海豐北東向斷裂帶，貫穿尤溪、大田、永安、沙縣及三明城區。

　　三明境內以中低山及丘陵為主，北西部為武夷山脈，中部為玳瑁山脈，東南角依傍戴云山脈。峰巒聳峙，低丘起伏，溪流密布，河谷與盆地錯落其間，全境地勢總體上西南部高，北東部低，海拔最高（建寧白石頂）1858米，最低50米。

　　三明市的自然資源主要包括土地資源、礦產資源、森林資源、旅游資源等。

　　【土地資源】 2019年，三明市土地總面積229.65萬公頃，其中，耕地面積19.59萬公頃，占土地總面積的8.53%；園地面積6.88萬公頃，占土地總面積的3%；林地面積182.92萬公頃，占土地總面積的79.65%；草地面積3.41萬公頃，占土地總面積的1.49%；城鎮村及工礦用地面積5.38萬公頃，占土地總面積的2.34%；交通運輸用地面積2.84萬公頃，占土地總面積的1.24%；水域及水利設施用地面積4.51萬公頃，占土地總面積的1.96%；其他土地面積4.12萬公頃，占土地總面積的1.79%。

　　【礦產資源】 截至2019年年底，三明市發現各類礦產79種，探明資源儲量的有64種，其中：能源礦產1種，金屬礦產18種，非金屬礦產45種。全市開發利用的礦產43種，優勢礦種有重晶石、鎢礦、稀土、螢石、石墨、水泥用灰巖等。

　　礦產分布相對集中，鐵礦主要分布在大田，鎢礦分布在的寧化、清流等地；金、銀、銅礦主要分布在尤溪、泰寧等地；煤集中在大田、永安等地；水泥用灰巖分布在永安、大田、將樂等地；螢石分布在將樂、明溪、清流等地；稀土主要分布在寧化、清流、明溪及尤溪等地。已形成大田-永安煤礦、清流-明溪螢石礦、尤溪梅仙鉛鋅礦、寧化行洛坑鎢礦、永安坑邊水泥用灰巖等一批重要資源基地。

　　【森林資源】三明市是中國南方重要的集體林區，是全國最綠省份的最綠明珠，也是生態環境上具有特殊性的一個林區，森林生態保護建設在建設綠色海峽西岸中起到重要支撐作用。截至年底，三明市林地面積190萬公頃，占全市土地總面積的82.7%，森林面積180.8萬公頃（含非規劃林地上的森林），森林覆蓋率78.73%，森林蓄積量1.82億立方米，林分平均畝蓄積量8.4立方米，位居全省各設區市第一。全市重點生態區位林面積61.67萬公頃，其中生態公益林面積48.67萬公頃（國家級41.53萬公頃，省級7.14萬公頃），重點生態區位內商品林面積13萬公頃。全市用材林100.4萬公頃,其中天然商品喬木林保護試點面積34.2萬公頃（含重點生態區位內的3.13萬公頃）。

　　【國家森林公園】國家森林公園有三明仙人谷國家森林公園、三元國家森林公園、福建貓兒山國家森林公園、將樂天階山國家森林公園、福建閩江源國家森林公園、福建九龍竹海國家森林公園等6處。

　　【地質公園】世界地質公園有泰寧世界地質公園1處；國家地質公園有泰寧大金湖國家地質公園、寧化天鵝洞國家地質公園、永安國家地質公園、三明郊野國家地質公園、清流溫泉國家地質公園5處。

　　【國家A級旅游景區】國家AAAAA級旅游景區1個（泰寧風景旅游區），國家AAAA級旅游景區有永安桃源洞—鱗隱石林、梅列瑞云山、三元格氏栲、將樂玉華洞、沙縣小吃文化城等15個,國家AAA級旅游景區有將樂常青旅游區、清流中華桂花文化園等35個，國家AA級旅游景區有永安馬洪中央紅軍標語博物館景區1個。

　　【國家級自然保護區】國家級自然保護區5個（福建峨嵋峰國家級自然保護區、福建龍棲山國家級自然保護區、福建天寶巖國家級自然保護區、福建閩江源國家級自然保護區、福建君子峰國家級自然保護區）。