Heildarflatarmál fylkisins er 139.397 ferkílómetrar (28. í stærðarröð BNA).  Sambandsstjórnin á 7,1% landsins.  Landið er nokkurn veginn ferhyrnt í laginu, 815 km frá austri til vesturs og 305 km frá norðri til suðurs.  Það nær frá sjávarmáli upp í 2.037 m á tindi Mitchell-fjalls í vesturhlutanum.  Meðalhæð yfir sjó er 213 m.  Strandlengjan er 484 km.

Landafræði.  Óvíða í BNA er að finna eins fjölbreytilegt landslag.  Landfræðilega skiptist Norður-Karólína í þrjú svæði:  Strandsléttuna við Atlantshafið, Piedmont-sléttuna og Blue Ridge-svæðið.

Strandsléttan nær yfir u.þ.b. 40% landsins.  Mestur hluti hennar hefur risið úr sæ.  Berggrunnur hennar er að mestu leyti mjúkur sandur og leir.  Hún er mjög flöt og slétt 80 km inn í landið og víða eru fen og mýrlendi.  Stóra Dismal-fenið í norðausturhlutanum teygist inn í Virginíu.  Albermarle Sound og Pamlico Sound eru meðal margra, grunnra ála milli strandar og sandrifja, Outer Banks, utar.  Aðrar eyjar eru nær landi.  Sléttunni hallar lítillega upp á við í 90 m.y.s. og sandhólar taka að hluta við, þar sem flatlendinu sleppir.
Piedmont-sléttan, sem nær líka yfir 40% landsins, tekur við af strandsléttunni til vesturs og skilin á milli þessara svæða eru greinilega í landslaginu, sem hækkar nokkuð bratt.  Þar myndast flúðir í ánum, sem renna niður á strandsléttuna.  Berggrunnur Piedmont-sléttunar er þéttur.  Ofan hlíðarkantsins er ræma sandsteins og flögugrýtis.  Síðan kemur breiðarar belti með hellugrjóti og loks granít og forngrýti (gneiss).  Landið hækkar stöðugt á þessum slóðum úr u.þ.b. 90 m í 460 m.

Blue Ridge-svæðið er vestast.  Þar eru rúmlega 40 tindar hærri en 1.829 m.y.s.  Berggrunnurinn er aðallega forngrýti og kvartz.  Fjöllin eru að mestu ávöl en inni á milli eru þverhnípt gljúfur.  Reykjafjöll miklu eru þekktasti hluti þessa svæðis.  Í fjalllendinu eru margar dældir og dalir.  Asheville-borg er í einni slíkri.

Aðalárnar í Norður-Karólínu eru Roanoke, Neuse, Cape Fear, Catawba, Yadkin (Pee Dee), French Broad, New og Ohio.

Náttúruleg vötn landsins eru smá.  Hið stærsta, Mattarnuskeet, og flest henna eru á Atlantshafssléttunni.  Mörg manngerð lón hafa myndazt ofan stíflumannvirkja í ánum.  Þeirra á meðal eru Lake Gaston (Roanoke), High Rock-lón og Tillery-lón (Yadkin), Norman-lón (Catawba) og Fontana-lón (Litla-Tennessee-áin).  Á Blue Ridge-svæðinu er fjöldi fagurra fossa.

Loftslagið.  Talsverður loftslagsmunur er í landinu.  Strandsléttan er rétt sunnan norðurmarka raks, jaðartrópísks loftslags.  Á Blue Ridge-svæðinu er rakt meginlandsloftslag.  Bæði fjarlægð frá Atlantshafinu og hæð yfir sjó hafa mikil áhrif á loftslagið.  Þarnar eru vetur kaldir og sumur svöl.  Piedmont- og strandslétturnar njóta mildra vetra í skjóli hárra fjalla í norðri.  Lægsa skráða hitastig er -36,7°C (1985; Mt Michell) og 43,3°C (1983; Feyetteville).  Fellibyljir á norðurleið skella stunum á ströndinni, einkum milli Cape Hatteras og Cape Fear.

Flóra og fána.  Meðal áberandi trjátegunda eru kýpressa, fura, eik, hikkorí, ösp, birki, beyki, hlynur, óðjurt, greni og balsamfura.  Fjallaskógarnir eru víða prýddir alparós og azaleu.  Víða ái norðurhlutanum vaxa kamellur og brönugrös.

Algeng villt dýr:  dádýr, pokarottur, þvottabirnir, íkornar og refir.  Svartbirnir finnast enn þá í skógum strandsléttunnar og eru algengir í Blue Ridge-fjalllendinu, einkum í Reykjafjallaþjóðgarðinum.

Endur, gæsir og aðrir vatna- og vaðfuglar eiga sumarvarpstöðvar með Atlantshafsströndinni.

Algengir ferskvatnsfiskar eru:  Bassi, karfi, krappi og urriði.  Fyrir ströndinni veiðist bláfiskur, lúða, síld, makríll, ostrur, rækjur, og hörpudiskur.

Auðlindir, framleiðsla, iðnaður.  Mikilvægustu jarðefnin í fylkinu eru:  Kalksteinn, fosfatgrýti, sandur og möl, postulínsleir, leir, granít, feldspar, maríusteinn, liþíum, míka, ólivín, asbest og eðalsteinar.

Landbúnaður er mikilvægur fyrir efnahag landsins.  Helztu landbúnaðarafurðir eru:  Tóbak, kjúklingar, nautakjöt, egg, svínakjöt, kalkúnar, maís, sojabaunir, jarðhnetur og mjólkurvörur.  Hvergi í BNA er meiri tóbaks- og kartöfluframleiðsla og fylkið er í þriðja sæti í framleiðslu jarðhnetna.  Aðrar afurðir eru:  Hveiti, baunir, tómatar, hey, epli og ferskjur.

Timburiðnaðurinn, sem byggist á stórum skóglendum fylkisins, framleiðir aðallega pappírskvoðu, húsgögn og borðvið til byggingarstarfsemi.

Fiskiðnaðurinn byggist aðallega á síld, skelfiski (aðallega rækju) og lúðu.

Iðnaðurinn stóð undir u.þ.b. 30% af vergri þjóðarframleiðslu á níunda áratugnum.  Helztu framleiðsluvörur voru:  Fatnaður og aðrar vefnaðarvörur, vélbúnaður til iðnaðar, rafeindatæki, unnin matvæli, lyf, gúmmí- og plastvörur og pappír- og pappírsvörur.