Suure osa Põhja-Osseetiast võtavad enda alla Kaukasuse  mäeahelikud ja eelmäestikud, kusjuures mägisemad on eeskätt lõunapoolsemad alad, põhjaosas laiuvad stepid. Tegu on seismiliselt aktiivse piirkonnaga. Kõrgeim mäetipp ulatub 4780 meetrini, suurim jõgi on Terek. Põhja-Osseetia kliima on keskmiselt kontinentaalne: temperatuur tasandikel jaanuaris keskmiselt -4 °C ja juulis +24 °C. Aastas sajab tasandikel 400-600 mm. Mägedes on temperatuur madalam ja sajab oluliselt rohkem, kohati üle 1000 mm aastas. Viiendikku Põhja-Osseetia territooriumist katab mets, millest valdava  osa moodustavad laialehelised pöögimetsad; mägedevahelistel aladel kasvab mände ja kaski. Metsades elavad põliselt kaukaasia kaljukitsed, mägikitsed, karud, metssead, hundid, rebased, metskitsed, halljänesed, seal on kohanenud ka jakid, hirved, euroopa piisonid, altai oravad, kährikud.