Esztergom vármegye az éjszaki szélesség 47° 35'-48° 02', és a keleti hosszúság 36° 1'-39° 36' között fekszik. Határos éjszakon Bars, keletről Hont és keletről, ugyszintén délről Pest-Pilis-Solt-Kiskun vármegyékkel, nyugatról Komárom vármegye határolja. Esztergom vármegye a kis magyar medenczének délkeleti aljában van, s dunajobbparti része mély sík, egyenes részeiben halmos föld, a balpartját ellenben a Magyar Középhegység pilis-gerecsei ágai borítják. Természetes határai nincsenek, kivéve egy-egy kisebb vonalon, így a Duna Honttól 19 km. hosszúságban választja el.

A vármegyét két részre vágja a Duna. Ez a két rész területileg csaknem egyenlő nagy, de térszíni képük egészen külömböző. Az éjszaki rész a Duna balpart a Duna és a Garam szögében terül el. Ez déli részén mocsaras 110-115 m. magas síkság a tszf., közepe táján dombsor vonúl végig, a mely éjszakról ereszkedik le a Bars felől, mint a velkapolai hegyek nyúlványai, s egész kis hegylánczolat benyomását teszi Mácsa pusztától Magyarszőgyénig; kelet-nyugati irányban haladva, azonban csak 200-250 m. (a t. sz. felett,) magasságú halmokból álló dombsorrá szelidűlnek, s ezek is megszakadnak közben több helyen; egyes részeiknek elnevezése: nyugaton a Somlyó, Kisújfalu s Köbölkút között, tovább keletre, Sárkánytól Nánáig a bélai hegy, melynek legmagasabb emelkedése sem haladja meg a t. sz. feletti 150 métert.

Az egész terület éjszakról és éjszaknyugatról a Duna felé eleinte fokozatosan alacsonyodik, majd szélesebb platót alkot, a mely Bucs és Szentgyörgyhalma puszta alatt hirtelen magas peremmel végződik. A meredek diluviális peremtől egészen a Dunáig kissé hepe-hupás terület húzódik, a mely régibb futóhomok-szigetekből, szíkes területekből, mocsarakból és erekből áll. Dunamocstól éjszakra már kevésbé látjuk e diluviális perem éles határait. Itt a lejtés gyenge és egyenletes. A Duna-járta terület a bent levő homokszigeteken kívül a tenger színe fölött 105-110 méter magas, tehát a Duna rendes vízállása fölött alig 3-5 m. magasságban fekszik. A mocsarakat nemcsak a Duna, de erek is táplálják. Nagyobb mocsár a Nádastelek. E mocsarak kiszárítása jórészt most folyik s egyes helyeken a nép, a nagy vízhiány miatt, maga nem engedi kiszárítani. Köbölkúttól éjszakra van a párisi völgy, melyen a párisi csatorna húzódik végig.

A Duna jobbparti része teljesen más jellegű. Ezt a részt a Magyar Középhegység nyulványai borítják, melynek itt két kiemelkedő része a Pilis és a Gerecse hegység s azoknak ágai. A Pilis hegység a vármegye keleti részén, a Gerecse a nyugatin fekszik, a kettőt széles depresszió választja el egymástól. A két hegység alkotását tekintve teljesen külömböző felépítésű, mit nemcsak geologiai szerkezetében, hanem külső jellegében is meg lehet figyelni. A Pilis hegység csaknem teljesen összefüggő dolomit és mészkőből álló hegytömeg, míg a Gerecse, sokszor megszakgatott, kisebb-nagyobb tömegű, rögszerű hegyalakulásokból áll.

Természeti szépségekben gazdag, merész szökellésű, kopár hátú részletei vannak. Legmagasabb pontja a vármegye területén a Dobogókő, a mely 800 m. magas és róla hatalmas körkép nyílik meg a néző előtt. Látni Budapestet a szelíden kanyargó Duna mentén, keletre a Mátrát s köröskörül több vármegye területét számtalan faluval, várossal. A hegység másik sarka az esztergomi 2Várhegy, s a két szélső csúcs között több kisebb-nagyobb ága s emelkedése van a hegységnek; s így a Fehérkő, mely 568 m., a Kopárdhegy 494 m., a Vaskapu 485 m., a Maróti hegy legmagasabb pontja 387 m., a tenger színe fölött. Alacsonyabbak, de fontos helyek a Szamárhegy, Öreghálás, Hideglelőskereszthegy, Hosszúhegy, Kopárd és a Hamvaskő.

A gerecsei hegység a tokodi és tatai völgyek között nyúlik el. Tartozékai kelet felől meredek esésűek s gyakran 15-20 m. magas sziklafalat alkotnak. E meredek lejtők csekély eltéréssel egyközűek az egész hegység vonulatának éjszak-déli csapás-irányával. Nyugat felől is eléggé meredekek, mégis átmenet nélkül haladnak a környező síkabb területhez. A hegyek külseje platószerű, mert bár meredek lejtőjűek, mégsem csúcsban végződnek, hanem kisebb fensíkok vannak a tetejükön. Ennek három fővetődési iránya van: éjszak-dél; éjszak-nyugat-délkeleti; éjszakkelet-délnyugat. Legmagasabb délnyugaton a Gerecse, 644 m. magas csúcsával. Ez a Dunáig terjed Süttő, Piszke, Bajót határán. Innen a keletre, Mogyoród, Tokod, Dorog területén át elterjedő s délen Bajnától Dágig nyúló ágazatok legmagasabb pontjai Pisznicze 557 m., a Nagy-Emenkes 527, Géta 447, Szemek 388, Öregkő 366, Őrhegy 348, a Dorogi szikla 323 m. A déli ágak alacsonyabbak, 200-250 m.-es dombok, a tengerszíne felett. Egyes részeit Haraszterdő, Somberek, Szemek, Bősomlyó, Nyulos néven ismerik. Itt is gazdag a vidék a nem vadregényes, de elragadó, szelíd szépségű tájképekben.

E hegységekhez símúlnak a harmadkori üledékekből álló löszszel takart dombok, a melyek éjszaknyugati-délkeleti irányú dombhátakat alkotnak. Ezeknek a lejtőin idősebb és fiatalabb harmadkorú képződmények buknak ki. A dombsorok éjszaknyugat felé ellapúlnak.

A Gerecsében triasz jura és eocen koru mészkövek uralkodnak, így a Kis-Gerecse egészen az, a Pisznicze szintén, a Nagy- és Kis-Eménkes, az Öregkő, nagyrészben. Ezekben a hegyekben sok a jó építő és műkő s márvány; legtöbb a vörös, van kevés fehér, barna, kékes, zöldes, hamvas, májszínű márvány; különösen jó minőségű a Kis-Gerecsehegy és a Pisznicze márványa. A vármegye szolgáltatta az esztergomi székesegyházhoz szükséges, főleg vörös márványt is. Ma is eléggé mívelt kőbányák vannak több helyen e hegységekben.

A márványnál ma már még sokkal nagyobb fontosságú a kőszén, a melyet igen jelentékeny bányászat hoz elő a föld mélyéből. A kőszén lelőtelepe két nagy völgységre terjed ki. Egyik a dorog-csabai medencze, másik a Gerecse-hegység tulsó oldalán, a sárisáp-bajnai medencze. A kőszén két geologiai szintben fordul elő, az alsó az eoczén-, a felső az oligoczén-növényzet lerakodásából keletkezett.

A vármegye geológiáját négy részben tárgyaljuk. A Duna-balpartot Horusitzky Henrik és Inkey Béla fölvétele alapján; a jobbparti részen a Pilis hegyet Timkó Imre, a Gerecsét Staff János és Liffa Aurél, a szénbányákkal telt medenczéket s a közöttük levő dombvidéket Hantken Miksa vizsgálatai alapján.

A Duna-balpartot, a nyugati rész geológiájában első korszak a mioczén, a mely a felső mediterrán-agyagban van képviselve. Aztán következik a plioczén korszak, a melynek képviselői a pontuszi durva homokkő, pontuszi laza homokkő és pontuszi kavics. Erre következik a diluvium, a mely veres kötött agyag, kavics, homok, típusos lösz, homokos lösz és löszagyag által van képviselve. Az alluviumot a völgyek hordaléka, agyag, iszap és mocsaras területek képviselik. A vármegye keleti felén Inkey legrégibb korszaknak a plioczent állapítja meg, a mely pontuszi agyag, pontuszi homok és homokkő, pontuszi löszszerű homok és pontuszi kavicsban figyelhető meg. A diluvium veres kötött agyag, finom csillámos homok, típusos lösz, durva homok, homokos lösz és löszagyagban; az alluvium pedig futóhomok, agyag-iszap, tőzeg és mocsaras területeken tanulmányozható.

A Duna jobbpartján, a Pilis hegységben, legrégibb képződmény a felső triászkori dolomit. Ez alkotja a Pilishegy déli csücskét, színe szürkésfehér. Azután jön egy triász és juraközötti képződmény, a Megalodus-mész. Színe fehér, különösen a mállott felületen. Belsőbb részeiben szürkés-fehér, barnás, sárgás, vagy vörös-fehér. Kőbányákban réteglapok szerint nem fejthető, ezért csupán mészégetésre és útkavicsolásra használják. A megalodus mész elterjedése nagy kiterjedésű. Azután jönnek harmadfokú lerakódások, 3gazdag bányászatra alkalmas rétegsorozatokkal. A harmadik kornak eme szakaszával említendők az eruptiós andezit képződmények, melyek 400-600 m. közötti magasságon erdős hegységet alkotnak. Ilyen a Dobogókő.

A vármegye déli felének gazdasági szempontból legfontosabb része az az alacsonyan fekvő közbeeső terület, a mely két elég nagy völgységből, s a köztük levő dombos vidékből áll. Egyik völgy a dorog-csabai, másik a sárisáp-bajnai medencze. Közöttük a Gerecse hegység dombnyúlványai vannak. Ez a két medencze igen dús kőszéntelepekkel van tele. Hantken Miksa a nyolczvanas években vette föl e terület geológiáját s mivel azóta nem történt újabb fölvétel, az ő eredményeit ismertetjük.

E terület alapkőzetét a triasz-dolomitok és a rhaeti és liaszkori mészkövek alkotják s ezt a harmadkori képződmények köpenyszerűleg veszik körül, s a közöttük elterülő völgyek és medenczék kitöltési anyagát is ők adják. Vannak azonban egyes hegyek és domborúlatok, melyek kizárólag harmadkori rétegekből állanak, ilyenek pl. a tokodi Sashegy és Radhegy, és Bajna-Bajót között a Domonkoshegy.

A harmadkor képződményeiben fordúlnak elő a hatalmas vastagságú és kitűnő minőségű széntelepek. A harmadkori rétegek kizárólag ó-harmadkoriak és pedig eoczén- és oligoczén-korúak. Az eoczén-képlet három főcsoportja közűl az édesvizi rétegcsoport a legalsó osztály; ezt édesvizi mészkő, agyag, szénpala és széntelepek alkotják. Lábatlan, Dorog, Sárisáp, Tokod bányáiban figyelték meg legjobban, de Esztergom, Puszta-Ebszőny, Mogyorós és Puszta-Domokos vidékén is találtak édesvizi barnaszéntelepeket.

Következő korszakot az oligoczén-képlet tár elénk. Ez két főosztályzatból áll, melyeket egymástól éles határ választ el. Ez a réteg hatalmas vastagságban vonúl a tokodi határban levő dombsorban; nagyon vastag Bajót nyugati oldalán és a Nagysáptól éjszaknyugatnak emelkedő Domokoshegyen, a hol mészkő rétegében számos bányát nyitottak. Továbbá a bajóti Öregkő és a mogyorósi Köleshegy között vonúló dombsorban, Mogyorós határában. A középső márgaréteg Mogyoróson, Nyergesújfalun, Piszkén, Bajóton, Tokodon napvilágra kerűl egyes helyeken. A felső tályag-réteg sok helyen előbukkan s téglaégetésre használják. A felső oligoczén-képződmény két csoportra oszlik: félig sósvízi, és sósvízi rétegekre. Az első főleg agyagos és homokos rétegekből áll s alsó osztályában egy átlag két m. vastag széntelep fordúl elő. Ezt a rétegcsoportot Sárisápon, Nagysápon, Gyermely vidékén láthatjuk a felszínre kibukkanva, néhol már szénkibúvások is akadnak. A tengeri rétegcsoport kiváltkép agyagos homokkőből áll, a melylyel helyenként palás, sőt leveles szövegű tályag váltakozik. Ez a réteg nagyon vastag. Felszínes kiterjedése is óriási, a bajna-sárisápi és a dorog-csabai völgyben majdnem minden vízmosásban előbukkan. Neogén-képződmények a szénterületen nincsenek, csak a déli része, az Unytól Zsámbék felé húzódó dombvonalon vannak az ú. n. szármát-rétegek hatalmasan kiképződve. A pontusi rétegek pedig Uny, Szomor, Piszke vidékén lépnek fel kisebb kiterjedésben. A negyedkori képződmények löszből és mésztufából állanak. Ez a lösz a terület túlnyomó részének a takarója. A mésztufa több helyen előfordul, így Lábatlan vidékén az Öreg- és Részhegyen; a mogyorósi Köleshegy fensíkja is túlnyomólag mésztufa. Újkori képződmény a futóhomok, a mely a dunaparti sík területet, s a dorog-csabai völgy jó részét borítja.

A Gerecse hegy teljesen gyűretlen röghegység. Egy rög sem nagyobb kb. 8 km²-nél. A plató-szerű rögök oldalai, különösen kelet felé, meredeken esnek alá. A terület mai képét számos vetődésnek rendszere szabja meg, míg az erozio csak kevéssé befolyásolta. Szerkezete kialakulásában öt korszak volt.

1. A középkorban a Magyar-Középhegység első gyűrődése következett be. A Gerecsében ennek a nyomai nincsenek meg, de azt a székesfehérvári Meleghegy régi tömegének szerkezete, valamint a Gerecse sós képződményeinek típusos, rögös jellege eléggé bizonyítja. 2. Azt a negatív partelmozdulást, mely a középső dogge és középső malm között a Gerecsét szárazfölddé változtatta át, valószínüleg nem kisérte sem gyűrődés, sem vetődés. 3. A szárazra jutás csak a középső eoczénban következett be itt is, a nummulit tenger transgressiója következtében. Ebben az időben a Gerecse hegység körvonalai nagyjában kialakultak. 4. A postoligoczén, a mioczén törés-periodus lényegében a harmadik munkáját folytatta. 4A fiatal törések a régiek irányát követik s ugyanaz a tendencziájuk. 5. Ötödik periodusnak volna nevezhető egy fiatal harmadkorú emelkedés, a mely mellett Gerecsében is vannak bizonyítékok. Eruptiós kőzetek magában a Gerecsében nincsenek, csak éjszakon Lábatlannál, továbbá keleten Esztergom mellett látszik úgy, mintha a börzsöny-esztergomi trachit-tömzs trachitos kőzetei átnyomúlnának a Dunán.

Geologiáját Liffa Aurél a következőkben állapítja meg:

Legrégibb kőzet a felső triasz dolomitja, aztán a felső triasz megalodus mészkő-je. A jura az alsó liaszszal és közép liaszszal van képviselve, kizárólag csak az éjszaki oldalon. Kréta két helyen van Neokom-koru homokkő alakjában. Az eoczent a Nummulites lucatanus (mészkő és agyag) Numm. striatus (mészkő és homok)-ban látják. Az oligoceut cyrenas-agyag és pectunculosus homokkő mutatja. Az alsó mediterrant kavics. Erre következik a pannoniai emelet (congerias agyag és homokkő) A diluvium édes vízi mész, lösz és homok- területekben tűnik fel, az alluvium agyag és mocsaras területek által.

A vármegyében a bányászat főleg a kőszén-telepek kiaknázására irányú.

A kőszenet 1805-ben fedezték fel a vármegye területén, a herczeg Sándor birtokon; 1812-ben már okleveles bányásza volt az uradalomnak s 1819-ben már szélesebb körben ismerték a vidék kőszéntartalmát, így Beudant franczia geologus hagyott róla adatot. A bányászat fejlődése azonban nagyon lassú volt s csak az ötvenes és hatvanas években indúlt nagyobb lendületnek; nagy jövő áll előtte még mindig, mert a széntelepek vastagsága, elterjedése, valamint a szénnek kiváló minősége miatt, első helyen áll a magyarországi barnaszénterületek között. Legelőször Nendtvich Károly vizsgálta meg 1846 előtt s úgy találta, hogy a bánáti és baranyai barnakőszéntől lényegesen külömbözik, vaskovandot és ammoniak-timsót tetemes mennyiségben tartalmaz, s ezért főleg különféle technika czélokra ajánlotta. Később sokan foglalkoztak e szén vizsgálatával és a széntelep megbecsülésével; különösen nagy érdeme van ezen a téren Hantken Miksának, a ki számos művében tárgyalta az esztergomi szénterületet. Ő írja, hogy e vidék széngazdagsága rendkívüli és kimeríthetetlen s a szén minősége a legkitűnőbb.

Egyéb ásványi anyag is van, a melyet gazdag értékben lehet találni a vármegyében. Ilyen a mész, melyet már a múlt század elején nagy mennyiségben égettek Kesztölczön. Már Fényes Elek mondja, (1837) hogy Sárisápon foszló agyagot, Mogyoróson fazekas-agyagot, Esztergom körül keserűsót s Bajnán fehér, finom fövenyt ásnak, a melyet üveghutába messze elhordtak. Épületkövet a pilismaróti és esztergomi kőbányák adtak ugyanekkor bőven. Ma is megvannak minde termékek, de ma sem részesülnek kellő kihasználásban.

A vármegye vizei közül a legfőbb hely a Dunát illeti. A Duna Süttővel szemközt, Dunamocs alatt lép be Komárom vármegye felől, középen vágja ketté a vármegyét s körülbelül 50 kilométert tesz meg területén. Dömösön alúl lép ki a vármegye területéről s hatalmas hegyek között tör át, mintegy kettémetszve őket. Süttőtől Esztergomig tizenhárom kisebb-nagyobb szigetet alkot; ezek közül nagyobbak a muszlai alsó sziget, a tát-ebedi, a Körtvélyes és Nyáras, valamint a prímás szigete Esztergom alatt. A hatalmas és valóban méltóságosan tovahömpölygő folyó legszélesebb Esztergom mellett, legkeskenyebb Ebednél; ártere legnagyobb a Nyergesújfalunál s legkisebb Lábatlan mellett. Legmélyebb Nyergesújfalunál és legsekélyebb Ebed alatt. A víz, már mikor belép a vármegyébe, erősen szennyezett; Esztergom fölött Rigler, a ki 1894-ben végzett vizsgálatot a Duna vizén, minden milliliter vízben 600 bakteriumot talált, alatta pedig 3000-et. Hal elég dúsan van ma is a Dunában, de a múlt század elején még jövedelmező viza-halászata is volt.

Másik jelentékenyebb folyó a Garam, a mely azonban csak rövid úton érinti a vármegye keleti szélét; Bény fölött jön be a vármegyébe s Nána határa fölött egy darabon a határszélen halad, majd átmegy Hont területére és Kövesdnél ömlik a Dunába, alig egy kilométerre az esztergomi határtól; még két századdal ezelőtt Párkány városán keresztül folyt. Ez a sebesvizű kis folyó haláról s hajdan rákjáról volt híres, sok volt rajta a malom és maig egyik főiránya a tutaj-fakereskedelemnek. A Garamba ömlenek a vármegye balparti kisebb patakjai, a Szikincze, a Kétyi víz, a Párizsi csatorna. A jobbparti patakok a Dunába sietnek, ezek között legnagyobb a Dorogi víz. Az egész vármegyében kevés a víz, a két főfolyó aránylag kicsiny vidéket elégíthet ki, a többi vízmedrek pedig olyan 5sekélyek, hogy legnagyobb részük víz nélkül áll egész éven át. Régebben sok volt a tó és mocsaras hely, nehány tó ma is van, így Esztergomban, Sárisápon, s Kuralon; Ebed, Muzsla, Bucs között nagy mocsár volt, de már lecsapolták.

Nevezetesek Esztergom meleg-forrásai, a melyek a várhegy alatt fakadnak a Duna mellett, közös rétegből; a káptalan birtokán van egy jelentékeny forrás, a mely 12 kisebb forrás egyesüléséből állott elő, hőmérséklete 26 °C. Neszmély és Almás között s Ebednél is van hévvíz, ez utóbbi csak 19 °C. Az esztergomi hévvizeket már a XVI. században megbámulta egy Stambulból érkező török követ, a ki följegyezte, hogy itt a békák télvíz idején is vígan brekegnek.

Esztergom vármegye éghajlata mérsékelt; az évi közepes hőfok Dobogókőn, 1901-1905 között ötévi átlagot számítva, januárban 3,6 °C, júliusban 17,96 °C volt; az évi középhőmérséklet 6,98 °C. Maximuma 28,97 °C, minimuma 15,87 °C. Az évi középlégnyomás 700,8. A csapadék természetesen legnagyobb a hegyes vidéken, legkisebb a Dunabalpart síkságán. A Dobogókőn az ötéves átlag (1901-1905) 825,6 m/m, Esztergomban 607 m/m, mig Nagyölveden csak 573,1 m/m.

A vármegye állat- és növényvilágára csak rövid pillantást vethetünk. Az őskor faunáját a geologiai rétegek vizsgálata alkalmával számos tudós gyarapította özön adattal. A geologiai korszakokban rendkívül virágzó életet élt itt a természet, a miről a hatalmas szénbányatelepek és a tömérdek megkövesült szerves maradványok tesznek bizonyságot.

A jelen korban viszont semmi lényeges eltérést nem mutat e kis vármegye a szomszédos, és már eddig leírt vármegyék növény- és állatvilágától. Növényzetét tekintve, az éjszaki rész Magyarország felső vidékeinek síkságára, egyes fajokban a magyar alföldre emlékeztet; a déli részben hasonlatosságra van Hont, Nyitra, Pozsony vármegyék, sőt Alsó-Ausztria flórájával; az elsőben a réti, a mocsári szíkesek tünnek ki, a másodikban a cserjés, füves dombok, kősziklák, erdők s rétek flórája. Feichtinger Sándor dr. 1865-ig a vármegye éjszaki részéből 791 növényt sorol fel, ezek közül kettő a szíktelen, virágtalan edények sorába tartozik, 176 az egyszíkűek és 613 a kétszíkűek osztályába. Érdekes, hogy ő Esztergom vármegye területén 28 olyan növényfajt talált, a mely nincs meg a nagy Pest-Pilis-Solt-Kiskún vármegyében.

Esztergom vármegye, bár kicsiny területű, rendkívüli fontosságú volt az egész mai Magyarországra nézve, mert anthropografiai tekintetben középpontja volt e területnek, hol nagy útak találkozóján Esztergom, Vácz, Buda keletkeztek. Ez a vidék volt az a tengely, a mely körül legalább másfélévezreden át hazánk népeinek története forgott. S magának Esztergom városának ezenkívül még két folyó találkozása adott erőt s így méltán választották az Árpádok országuk fővárosának is.