三明市境域地层结构发育完整，自下元古界至新生界共有12个系，37个地层单元包括变质岩、侵入岩、火山岩、沉积岩四大岩类。最古老的岩石层分布于建宁一带的晚太古代天井坪组，是华夏古陆核的组成部分，代表福建省最古老的岩石层。

　　由于三明地跨福建三大构造单元，地质结构上存在四条断裂带：沙县—南日岛北西向断裂带，途经泰宁、将乐、沙县、尤溪等地；永安—晋江北西向断裂带，途经明溪、永安、大田等地；邵武—河源北东向断裂带，途经泰宁、建宁、宁化等地；政和—海丰北东向断裂带，贯穿尤溪、大田、永安、沙县及三明城区。

　　三明境内以中低山及丘陵为主，北西部为武夷山脉，中部为玳瑁山脉，东南角依傍戴云山脉。峰峦耸峙，低丘起伏，溪流密布，河谷与盆地错落其间，全境地势总体上西南部高，北东部低，海拔最高（建宁白石顶）1858米，最低50米。

　　三明市的自然资源主要包括土地资源、矿产资源、森林资源、旅游资源等。

　　【土地资源】 2019年，三明市土地总面积229.65万公顷，其中，耕地面积19.59万公顷，占土地总面积的8.53%；园地面积6.88万公顷，占土地总面积的3%；林地面积182.92万公顷，占土地总面积的79.65%；草地面积3.41万公顷，占土地总面积的1.49%；城镇村及工矿用地面积5.38万公顷，占土地总面积的2.34%；交通运输用地面积2.84万公顷，占土地总面积的1.24%；水域及水利设施用地面积4.51万公顷，占土地总面积的1.96%；其他土地面积4.12万公顷，占土地总面积的1.79%。

　　【矿产资源】 截至2019年年底，三明市发现各类矿产79种，探明资源储量的有64种，其中：能源矿产1种，金属矿产18种，非金属矿产45种。全市开发利用的矿产43种，优势矿种有重晶石、钨矿、稀土、萤石、石墨、水泥用灰岩等。

　　矿产分布相对集中，铁矿主要分布在大田，钨矿分布在的宁化、清流等地；金、银、铜矿主要分布在尤溪、泰宁等地；煤集中在大田、永安等地；水泥用灰岩分布在永安、大田、将乐等地；萤石分布在将乐、明溪、清流等地；稀土主要分布在宁化、清流、明溪及尤溪等地。已形成大田-永安煤矿、清流-明溪萤石矿、尤溪梅仙铅锌矿、宁化行洛坑钨矿、永安坑边水泥用灰岩等一批重要资源基地。

　　【森林资源】三明市是中国南方重要的集体林区，是全国最绿省份的最绿明珠，也是生态环境上具有特殊性的一个林区，森林生态保护建设在建设绿色海峡西岸中起到重要支撑作用。截至年底，三明市林地面积190万公顷，占全市土地总面积的82.7%，森林面积180.8万公顷（含非规划林地上的森林），森林覆盖率78.73%，森林蓄积量1.82亿立方米，林分平均亩蓄积量8.4立方米，位居全省各设区市第一。全市重点生态区位林面积61.67万公顷，其中生态公益林面积48.67万公顷（国家级41.53万公顷，省级7.14万公顷），重点生态区位内商品林面积13万公顷。全市用材林100.4万公顷,其中天然商品乔木林保护试点面积34.2万公顷（含重点生态区位内的3.13万公顷）。

　　【国家森林公园】国家森林公园有三明仙人谷国家森林公园、三元国家森林公园、福建猫儿山国家森林公园、将乐天阶山国家森林公园、福建闽江源国家森林公园、福建九龙竹海国家森林公园等6处。

　　【地质公园】世界地质公园有泰宁世界地质公园1处；国家地质公园有泰宁大金湖国家地质公园、宁化天鹅洞国家地质公园、永安国家地质公园、三明郊野国家地质公园、清流温泉国家地质公园5处。

　　【国家A级旅游景区】国家AAAAA级旅游景区1个（泰宁风景旅游区），国家AAAA级旅游景区有永安桃源洞—鳞隐石林、梅列瑞云山、三元格氏栲、将乐玉华洞、沙县小吃文化城等15个,国家AAA级旅游景区有将乐常青旅游区、清流中华桂花文化园等35个，国家AA级旅游景区有永安马洪中央红军标语博物馆景区1个。

　　【国家级自然保护区】国家级自然保护区5个（福建峨嵋峰国家级自然保护区、福建龙栖山国家级自然保护区、福建天宝岩国家级自然保护区、福建闽江源国家级自然保护区、福建君子峰国家级自然保护区）。