Buskerud har store og parallelle dalfører som går gjennom fylket, fra sørvest Numedal med Numedalslågen, Sigdal med Simoa, Hallingdal med Hallingdalselva og Snarumselva, og Ådal med Begna og Ådalselva som danner fortsettelsen av Valdres mot sørøst. De tre siste elvene hører til Drammensvassdraget.
Fylket har svært variert natur med høyfjell, store skoger og veldyrket lavland. 41 % av arealet ligger over 900 moh. og 7 % under 150 m. I sørøst finnes kyststrøk ved Drammens- og Oslofjorden med lavereliggende skog- og landbruksområder innenfor. Mot vest og nordvest hever landskapet seg gradvis mot vannskillet. De fire markerte dalførene, Numedal, Sigdal og Eggedal, Hallingdal og Valdres' nedre del (Ådal), fører nordvestover opp mot høyfjellet. Enkeltstående fjellområder rager mer enn 1000 moh. også i fylkets sentrale deler, f.eks. Vikerfjell, Norefjell og Blefjell på vestsiden av de nedre delene av henholdsvis Valdres, Hallingdal og Numedal.
Om lag 1/4 av Hardangervidda nasjonalpark (opprettet 1981) ligger i Buskerud fylke, i Nore og Uvdal og Hol kommuner.
Geologi
Buskerud er geologisk sett delt etter en linje fra vestsiden av Tyrifjorden sørover gjennom Drammenselvas dalføre og videre i den senkningen Hokksund-Skollenborg som Sørlandsbanen følger over til Lågendalen sør for Kongsberg. Landet øst for denne linjen tilhører Oslofeltet med kambrosilurisk kalkstein og skifer i lavlandet og permiske eruptiver, der granitt og syenitt på grunn av sin hardhet fremstår som de høyeste partiene. Vest for delingslinjen er det grunnfjell, som overveiende består av granitt og gneis. I høyfjellet i nordvest er det over grunnfjellet rester av skifer- og kalkrike lag, opprinnelig av kambrosilurisk alder, men senere omdannet (fyllitt). Over disse avsetningene igjen har en stedvis senere overskyvninger av svært harde og motstandsdyktige bergarter. Disse danner de høyeste partiene i fylket, f.eks. Hallingskarvet (Folarskardnut 1933 moh.) og Hemsedalsfjella (Høgeloft 1920 moh.).
Det meste av den dyrkede jorden ligger på havavleiringer i lavlandet i sørøst, samt i de nedre deler av de store dalene. Foran de større sjøene er det moer av sand og grus som er avsatt mot slutten av istiden. Over den marine grense (ca. 200 moh.) utgjør sidemorener, bunnmorener og elveavleiringer mesteparten av de løse jordlagene.
Buskerud har flere forekomster av nyttige metaller og mineraler, men har lite bergverksdrift i vår tid. Ved Kongsberg sølvverk, som er den største bergverksbedriften gjennom tidene i Norge målt etter sysselsettingen, ble driften nedlagt i 1957. Modum Blaafarveværk (koboltproduksjon) og Ringerikes Nikkelverk var tidligere også store bedrifter.