Новая Земля значительно выше Земли Франца-Иосифа и почти вся (за исключением южной части) гориста. Наибольшие высоты находятся на Северном острове (1547 м) и в северной части Южного острова (к югу от пролива Маточкин Шар) - 1292 м.
Северный остров весь занят горами, от пика Седова (1115 м), возвышающегося над проливом Маточкин Шар, на юге до гор Менделеева (г. Бледная, 1053 м) и Ломоносова на севере.
Новая Земля в структурно-тектоническом отношении служит продолжением Урала и относится к области герцинской складчатости, но на самой северной оконечности Северного острова новые тектонические карты показывают байкальскую складчатость.
Северный остров и северная часть Южного образованы вытянутым в северо-восточном направлении Северо-Новоземельским антиклинорием, структуры на юге Новой Земли принадлежат к Вайгачскому (Пай-Хойскому) антиклинорию.
Оба острова сложены палеозойскими осадочными и метаморфизованными породами (сланцы, песчаники, известняки). Есть интрузии гранитов, диабазов и габбро. Интенсивные неотектонические движения выразились в поднятиях сводового характера и по линиям разломов.
Новая Земля вид из космоса
Эти движения в четвертичном периоде и создали острова Новой Земли среди опустившихся районов Баренцева и Карского морей. В плейстоцене Новая Земля была одним из центров мощного покровного оледенения. Сейчас под ледниковым покровом находится около половины площади Северного острова.
Примерно 24 тыс. кв. км занимает покровный ледник, достигающий 400 км в длину и до 75 км в ширину. Мощность льда более 300 м. Лед опускается в фьорды (типичными фьордами являются многие заливы на Новой Земле) или обрывается в море широкими выводными ледниками, особенно на восточном побережье, образуя ледяные барьеры и айсберги. Над ледниковым покровом местами возвышаются нунатаки. На обоих островах в высоких горных районах, примыкающих к Маточкину Шару, оледенение принимает собственно горный характер.
Здесь развиты каровые, висячие и сравнительно небольшие долинные ледники, сползающие к морю, но отделенные от него моренными валами; характерны альпийские формы рельефа с яркими следами ледниковой обработки. Горы глубоко расчленены речными и ледниковыми долинами.
Климат гор арктический, суровый, с непостоянством погоды во все сезоны. Продолжительна холодная зима (около 3 месяцев длится на Северном острове полярная ночь) с сильными ветрами и метелями. На побережьях горных районов (обоих островов), примыкающих к Маточкину Шару, ураганной силы достигают ветры типа бора.
Годовая сумма осадков на ледниковом покрове Северного острова - до 600 мм и более (преимущественно в виде снега). На Северном острове снеговая линия опускается ниже 400 м, а на Южном она поднимается до 1000 м. Повсеместно развита вечная мерзлота. Морозное выветривание способствует распространению каменных россыпей и осыпей. Для не покрытых льдом участков типичны арктические каменистые пустыни (в зону тундры заходит лишь негористая часть Южного острова), растительность представлена накипными лишайниками и редкими мхами.
На Новой Земле есть месторождения полиметаллических руд, самородной меди, асбеста, асфальтов. В горах здесь нет постоянного населения, периодически бывают лишь сотрудники научных полярных станций. Новая Земля, как и Земля Франца-Иосифа, входит в состав Архангельской области России.