ภูมิประเทศของเมืองฮามามัตสึ ทางใต้ เป็นที่ราบและที่ราบสูงมิกาตาฮาระ ทางด้านเหนือเป็นเขตภูเขา สุดเขตด้านตะวันตกติดทะเลสาบฮามานะ สุดเขตด้านตะวันออกติดแม่น้ำเท็นรีว สุดเขตด้านใต้ติดมหาสมุทรแปซิฟิก ส่วนภูมิอากาศ ทางด้านใต้ อุณหภูมิไม่สูงไม่ต่ำจนเกินไป และมีหิมะตกเล็กน้อยในช่วงฤดูหนาว อย่างไรก็ตาม ลมมรสุมที่ชื่อเอ็นชูโนการากาเซะทำให้เมืองนี้มีลมแรงในช่วงฤดูหนาว และต่างจากภูมิภาคอื่น ทางด้านเหนือมีลักษณะเป็นภูเขา ทำให้มีภูมิอากาศที่รุนแรงกว่า อันมีสาเหตุจากลมเฟิน หรือลมที่พัดมาจากทางลดของภูเขา ซึ่งอุ่นและแห้ง ในฤดูร้อน อุณหภูมิอาจสูงกว่า 35 องศาเซลเซียส โดยเฉพาะในอำเภอเท็นรีว ในขณะที่มีหิมะตกในฤดูหนาว