Carolina del Norte está dividida en tres regiones topográficas: llanura costera, Meseta del Piedmont y cordillera de los Apalaches, las dos primeras mucho más extensas que la última. Desde una costa bastante recortada, en la que se forman las bahías de Albemarle, Pamlico y Onslow, aumenta suavemente la elevación hasta alcanzar una altitud de 152 m. Es una comarca llana y arenosa, surcada por numerosos ríos navegables. La superficie de la Meseta del Piedmont es ondulada hacia el E y se hace más accidentada cerca de las montañas. La parte suroccidental de las escarpaciones Blue Ridge (Montes Azules) forma la frontera de la cordillera Apalache, que a su vez comprende los montes Unaka, Great Smoki, Bald y Iron. En las Montañas Negras están situados los picos más altos del sistema apalachiano: Monte Mitchell (2037 metros).
Los ríos principales de la región costera y del Píedmont son: Chowan, Roanoke, Tar (o Pamlico), Neuse y Cape Fear, en la vertiente atlántica, y el Peedee y Catawba, que discurren por el sudeste hacia Carolina del Sur. Por las montañas occidentales fluyen el Little Tennessee, Big Pigeon y French Broad, que se introducen en el estado de Tennessee.
La costa está jalonada por una serie de bajos arenosos o playas. Además del cabo Hatteras los dos salientes más importantes son los cabos Lookout y Fear.
