黑龙江南北跨2个热量带；东西跨3个湿润区，面积47.3万平方公里（含加格达奇区和松岭区）。北部和东部与俄罗斯相邻，边境线长3045千米，是亚洲与太平洋地区陆路通往俄罗斯远东和欧洲大陆的重要通道，西部与南部分别与内蒙古和吉林省相邻，东部近日本海，是中国位置最北、最东，纬度最高，经度最东的省份。
西北部为东北—西南走向的大兴安岭山地，北部为西北—东南走向的小兴安岭山地，中间以伊勒呼里山为连接；东南部为东北—西南走向的张广才岭、老爷岭、完达山，土地约占全省总面积的24.7%；海拔高度在300米以上的丘陵地带约占全省的35.8%；东北部的三江平原、西部的松嫩平原，是中国面积最大的平原—东北平原的一部分，平原占全省总面积的37.0%，平均海拔为50～200米。省内最高点是海拔1690米的大秃顶子山。
全省年降水量多介于 400～650mm之间，中部山区多，东部次之，西、北部少。在一年内，生长季降水约为全年总量的83%～94%。降水资源比较稳定，全省太阳辐射资源比较丰富，与长江中下游相当，太阳辐射的时空分布特点是南多北少，夏季最多， 冬季最少，西南部大风日数最多、风能资源丰富。
黑龙江省是全国最大的林业省份之一，天然林资源是黑龙江省森林资源的主体，主要分布在大小兴安岭和长白山脉及完达山。黑龙江林业经营总面积3175万公顷，占全省土地面积的2/3。有林地面积2007万公顷，活立木总蓄积15亿立方米，森林覆盖率达43.6%，森林面积、森林总蓄积和木材产量均居全国前列，是国家最重要的国有林区和最大的木材生产基地。
黑龙江省是国家重要的能源工业基地，是主煤炭调出省之一。其中东部地区为优质煤炭产区，有鸡西、鹤岗、双鸭山及七台河四大煤矿，是我国煤油焦煤的重要产区之一，省内有目前中国最大的油田—大庆油田。
黑龙江省连绵起伏的大兴安岭、小兴安岭和张广才岭、老爷岭构成了全省以山林为主的自然景观，全省林地面积占整个土地面积的近一半。此外，还有松嫩平原和三江平原，在这些复杂的地域中分布着大约2100余种的植物，其中具有经济价值的达1 000余种。
黑龙江地处黑龙江、松花江、乌苏里江和绥芬河四大水系组成的黑龙江流域，主要河流有松花江、嫩江、乌苏里江、牡丹江、呼兰河、蚂蚁河、海浪河、呼玛河、额木尔河、讷谟尔河、汤旺河、拉林河、乌斯浑河、乌裕尔河等；主要湖泊有兴凯湖、镜泊湖、连环湖和五大连池4处较大湖泊及星罗棋布的泡沼。
黑龙江省大部分区域处于中温带，山区冬季雪量大，雪期长（120天左右），雪质好，适于滑雪旅游。滑雪资源主要集中在四大区域：哈尔滨市、伊春市、牡丹江市和大兴安岭地区。黑龙江省夏季凉爽，适宜避暑。夏都哈尔滨是避暑胜地。众多的江河湖泊和浩瀚的林区也是避暑的好去处。
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