Oberösterreich hat Anteil an drei großen Naturräumen. Von Norden nach Süden findet man in Oberösterreich eine geologisch-landschaftliche Dreiteilung, die sich westlich bis nach Bayern einerseits und östlich bis nach Niederösterreich andererseits fortsetzt.

• Das Mühlviertel nördlich der Donau und vier Abschnitte südlich des Stromes gehören zum Granit- und Gneishochland (Böhmische Masse) und ist eine typische Mittelgebirgslandschaft mit nordwärts zunehmenden Höhen. In der Nähe der Nordwestgrenze Oberösterreichs, in der Umgebung des Dreiländerecks Deutschland-Tschechien-Österreich, hat das Land Anteil am Böhmerwald mit dem 1378 m hohen Plöckenstein.
• Südlich der Donau hat Oberösterreich Anteil am nördlichen Alpenvorland (Oberösterreichisches Alpenvorland), einer teils flachen, teils hügeligen Wald- und Wiesenlandschaft mit intensiver Landwirtschaft. Sie nimmt den größten Teil der Landesfläche ein. Im Westen des Bundeslandes liegt der Hausruck, eine teils bewaldete Hügelkette (maximal 801 Meter); westlich schließt sich der Kobernaußer Wald an, der im Gegensatz zum Hausruck noch sehr dicht bewaldet ist.
• Der Alpenanteil gliedert sich in die Oberösterreichischen Alpen (den Anteil an den Salzburger-Oberösterreichischen Alpen, die sich zwischen Salzach und Enns erstrecken), und den Anteil an der Eisenwurzen von der Enns ostwärts (Ybbstaler Alpen), und liegt in zwei wichtigen Regionen, dem Salzkammergut und der Region Pyhrn-Eisenwurzen.
  Den Nordrand der Alpen bildet die Flyschzone, ein aus Ton- und Sandsteinen aufgebauter, teils stärker bewaldeter Mittelgebirgsstreifen. Die größte Breite erreicht sie zwischen Mondsee und Traunsee.
  Die südlich anschließenden Nördlichen Kalkalpen bestimmen das Landschaftsbild des Salzkammergutes und der Pyhrn-Eisenwurzen-Region. Die Kalkalpen gliedern sich in Oberösterreich in:
  • Die Oberösterreichischen Voralpen: Salzkammergutberge mit dem Höllengebirge und zahlreichen anderen Gruppen; Sengsengebirge und dem Reichraminger Hintergebirge
  • und die Anteile an den Kalkhochalpen: Dachsteingebirge mit dem Dachsteinmassiv; Totes Gebirge; Anteile an den Ennstaler Alpen am Pyhrn

Der tiefste Punkt des Landes ist dort, wo die Donau endgültig nach Niederösterreich wechselt, östlich des Machlands am Eingang in den Nibelungengau.