Geologisk høyrer storparten av Sunnfjord kommune til gneisregionen, men Kvamshesten er ein del av devonbassenga langs kysten. Slike basseng er forsteina avsetningar av sand, stein og grus som blei til etter den kaledonske fjellkjedefaldinga. Langs Førdefjorden er grunnfjellet sterkt prega av denne faldinga og omdanna til bergartar som eklogitt og amfibolitt. Eklogitten i Engebøfjellet inneheld ein av dei største førekomstane i verda av mineralet rutil. Det er planar for utvinning, men eit avfallsdeponi i fjorden er sterkt omstridd.
Fleire lengre dalar skjer seg ned i det sunnfjordske grunnfjellet, og strekkjer seg frå fjord til høgfjell og brear. Øvst er dei bratte, tronge og utsette for ras, før dei vidar seg ut vestover til breie, fruktbare dalbotnar med skogkledde og dyrka terrassar av elvegrus og sand. Dei lengste dalføra er Gaular, Førdedalen/Jølster, Angedalen og Naustedalen, alle med lakseførande vassdrag. Største vatnet er Jølstravatnet, som har det mest omfattande fiske av innlandsaure i Noreg. Jølstra er regulert, mens både Nausta og Gaularvassdraget er varig verna. Sistnemnde er særleg kjend for sine mange fossar, heile 28 i talet, og blir berre kalla Fosselandet. Naustdal-Gjengedal i grensetraktene mot Gloppen er verna som landskapsområde. Dette er eit av dei største samanhengande fjellområda på Vestlandet utan tyngre tekniske inngrep.
Sunnfjord kommune har fleire større samanhengande område med morenemateriale, ikkje minst Jølster og Angedalen. I kommunesenteret Førde har elvane avsett særleg mykje lausmassar, noko som gjev gode forhold for landbruk. Det er elles rikeleg med myrar i dette landskapet, og fleire av dei er verna: Myklebustdalen i Jølster, Svarteliåsmyra i Gaular, Kleppsstølsvatnet i Naustdal og Gjerlandsøyane i Haukedalen.
I området mellom Førde og Sande ligg det fleire vatn med tilhøyrande våtmarksområde som er viktige hekke- og rasteplassar for fugl: Espelandsvatnet, Skilbreivatnet og Digernesvatnet. Her har ein registrert vel 50 artar av våtmarksfugl, mellom desse stokkand, krikkand, brunnakke og siland. Også Osen inst i Dalsfjorden er eit slikt våtmarksområde. Dei spesielle saltforholda i fjordbotnen gjev opphav til uvanlege vegetasjonssoner og plantesamfunn der det veks fleire sjeldsynte artar, til dømes stilkvasshår. Alle dei nemnde våtmarksområda har status som naturreservat.
Fjella i Sunnfjord er beiteområde for rein, og her er rikeleg med hjort. Gjennom dei siste åra har det blitt felt opp i mot 2000 dyr samla i dei fire tidlegare kommunane. Dyrelivet omfattar elles mellom anna raudrev, røyskatt, mår, mink, ekorn, snømus, markmus, lemen og hare.
Sunnfjord-namnet omfattar eigentleg eit større område enn Sunnfjord kommune. Også Askvoll og Fjaler, samt Flora i Kinn kommune og dei sørlege delane av Bremanger, blir til vanleg rekna til dette distriktet, som i eldre tid utgjorde eit eige futedøme.