Amb excepció de les fèrtils planes que envolten la capital, es tracta d’una zona predominantment muntanyosa. Les muntanyes de Ioánina són continuació natural de les serres situades més a nord a la zona occidental dels Balcans. Destaca especialment la cadena muntanyosa de l’Pindo, que comença amb la muntanya de Grammos (2520 m.), A la frontera amb Albània, i es perllonga cap al sud per la part oriental de la prefectura fins arribar a la costa nord de el golf de Corint .
l’orografia explica l’aïllament geogràfic de la zona, que ha dificultat el seu desenvolupament. En els últims anys la construcció de noves carreteres, com la Egnatia Odós, ha contribuït a millorar les comunicacions amb les perifèries de Macedònia i Tessàlia, cap a l’est, i amb el sud de Grècia. Però les obres no s’han completat encara i la xarxa de carreteres comarcals no ha estat prou millorada.
L’orografia també explica el peculiar clima de Ioánina, amb temperatures més baixes que al sud de Grècia i amb pluges més abundants. A la capital, la temperatura mitjana anual oscil·la entre els 13,5 i 14,5 ° C, amb valors màxims de 34 a 36 ° C a l’estiu i valors mínims que no poques vegades arriben als -10 ° C, a l’hivern.
A més, quan una regió és molt muntanyosa i plujosa, com és Ioánina, tenim els factors necessaris per a l’aparició de nombrosos rius.