Hacia el este domina la meseta del lago Baljash, mientras que en el extremo oriental se encuentran las estribaciones del macizo de Altái y el Tien Shan, con altitudes superiores a los 3000 m s. n. m. Hay una considerable variación topográfica en Kazajistán.

Con todo, la mayor parte del país es una inmensa llanura que se halla entre 200 y 300 m sobre el mar, pero las orillas del mar Caspio poseen algunas de las elevaciones más bajas de la Tierra.

Un quinto de Kazajistán está ocupado por las tierras altas kazajas, una amplia penillanura formada por montañas bajas aisladas y elevadas llanuras que se extiende por el centro y este del país.

En las zonas deshabitadas hay especies raras, como el guepardo asiático, pero también se encuentra aquí la capital, Astaná.

Más al sur, se hallan las montañas de Zungaria, entre Kazajistán y China, que alcanzan los 4.622 m en el pico Tyanshanskoho Semenova.

[4]​ En el extremo sudeste se halla el pico Khan Tengri, del Tien Shan.

El terreno en estas regiones está erosionado y desnudo, con dunas en el desierto de Kyzyl Kum, que ocupa en centro-sur del país.

Los patrones florísticos encuentran diferencias en tres sistemas montañosos, las montañas Altái, el norte del Tien Shan (el Alatau Kirguís), y el oeste del Tien Shan (las sierras de Talas Alatau, que se extiende hacia el este por Kirguistán) y Ugam, compartida por Uzbekistán).

En las tierras altas (melkosopochniki en idioma local) hay además osos, linces y tejones.

Se encuentran además desmanes, rata topo gigante, turón búlgaro, zorros, lobos, marmotas y distintos tipos de roedores.

En las zonas boscosas hay alces, corzo siberiano, erizos y mapaches, entre otros.

El río más grande al oeste de Kazajistán es el río Ural, que nace en los montes Urales, en Rusia y discurre hacia el sur, a través de 2.228 km hasta el mar Caspio.

Al sur del país, el río Sir Daria se dirige hacia un cada vez más seco mar de Aral.

Por su parte meridional recibe el agua de los ríos Ajaguz, Lepsi, Aksu, Karatal e Ilí.

Kazajistán tiene un marcado clima continental, con inviernos muy fríos y veranos muy cálidos en el sur.

En primavera se producen tormentas de polvo en el sur, y en invierno, ventiscas en el norte.

Por lo demás, las lluvias son escasas y la mayor parte del país es una estepa árida donde, solo en el norte, se superan los 300 mm con tormentas veraniegas.