Doğu Anadolu gibi yüksek platolar ve dağlık kesimlerin geniş yer kapladığı bir bölgede bulunan İl, gerek iklim, gerekse toprak ve bitki örtüsü gibi tabii çevre özellikleri bakımından oldukça farklı özellikler gösterir.
Bölge, Aras nehrinin birtakım birleşme boğazları ile birbirlerine bağladığı depresyonlardan (çöküntülerden) birisini oluşturur. Ancak, bu depresyon bölgesi, Aras nehri ve bu nehrin yatağı boyunca geçen Türkiye-Ermenistan sınırı tarafından hemen hemen iki eşit parçaya bölünmüştür. Sınırlarımız dışında kalan Erivan (Revan) ovası ile Iğdır Ovası'nın birlikte oluşturduğu bu depresyon bölgesinin tümüne "Sürmeli Çukuru" da denilmektedir. Fakat yörede bu çukurluğun sınırlarımız içerisinde kalan kısmına "Sürmeli Çukuru", Ermenistan sınırları içerisinde kalan bölümüne ise "Sahat Çukuru" adı verilmektedir. 
Sürmeli Çukuru, Arpaçay'ın Aras'la birleştiği Ergüder mevkiinden başlayıp, Aras nehrinin ülkemiz sınırlarını terk ettiği Türkiye-İran-Nahcıvan sınırlarının birleşme noktasına kadar devam eder. Yükseltisi, batıdan-doğuya ve güneyden-kuzeye doğru azalan bu çukurluğun merkezinde Iğdır şehri kurulmuştur.
Aras nehri boyunca doğu-batı doğrultusunda uzanan Iğdır Ovası, Batı Iğdır, Doğu Iğdır ve Dil ovasından oluşmaktadır. Iğdır Ovası'nın güneydoğuya doğru bir uzantısı durumunda olan Dil Ovası (Dil Ucu), aynı zamanda ülkemizin en doğu uç noktasını (440 48') oluşturur.
Bölgenin güneyinde, kabaca batı-doğu doğrultusunda uzanan Orta Toroslar'ın uzantısı ve Munzur dağlarıyla başlayıp Karasu-Aras dağlarıyla devam eden dağlık kütlenin doğudaki bölümü yer almaktadır. Bu bölüm üzerinde yer alan dağlar sırasıyla batıdan doğuya doğru Durak Dağı(2811) m), Zor Dağı (3.196 m), Pamuk Dağı (2.639 m) Büyük Ağrı Dağı (5.165 m) ve Küçük Ağrı (3.986 m) dağlarıdır. Türkiye'nin en yüksek dağı olan Ağrı Dağı, İran ile tabii bir sınır teşkil eder. Anadolu ile Asya'dan uzanan sıradağların bir nevi buluşma noktasıdır.
İlin güneydoğusunda; çevresinin 128 km’yi, yüz ölçümünün 1.188 km²’yi bulduğu tahmin edilen Büyük Ağrı Volkanik Dağı yükselmektedir. Dağın 5.000.m yükseklikteki kesiminde devamlı kar ve buzullarla kaplı bir "krater düzlüğü" ün bulunduğu kabul edilmektedir. Büyük ve Küçük Ağrı Volkanik Dağları arasındaki 2687 m yüksekliğindeki geçide "Serdarbulak Geçidi" denilmektedir.
Ağrı Dağına Oğuzlar, arkadaki dağ anlamına gelen "Arkuri", 1290 yılında bölgeden geçen Marko Polo "Arkdağ", Katip Çelebi ünlü eseri Cihannüma'da ve Evliya Çelebi Seyahatname adlı eserinde "Kül-i Argı" adıyla bahsetmişlerdir. Batılıların daha çok "Ararat" dedikleri Ağrı Dağı'na Arap Coğrafyacıları "Cebel-el-Haris", İranlılar ise "Küh-i Nuh" adını vermişlerdir. Aslında, iki volkan konisinden oluşan Ağrı Dağı, Serdarbulak geçidi adlı boyun noktası ile Büyük ve Küçük Ağrı kütlelerinden oluşur.