Švenčionių rajono centras yra Švenčionių aukštumoje, rajono pakraščiai – Aukštaičių aukštumoje. Žemiausia rajono vieta – 116 m žemiau jūros lygio – Žeimenos žemuma.
Aukščiausia vieta – 250 m Girdziuliškės kalnas.
Švenčionių rajonas išsiskiria ežerų gausa – 289 ežerai, bendras jų plotas užima 5 632,1 ha. Tai vienas ežeringiausių rajonų šalyje. Didžiausi ežerai – Kretuonas (862,5 ha) bei Asveja (539,6 ha). 70 proc. visų ežerų sudaro nedideli, iki 10 ha ploto ežerai (203 ežerai), 26,7 proc. – nuo 10 iki 100 ha (77 ežerai), 2,1 proc. – nuo 100 iki 500 ha (7 ežerai), 2 ežerai – virš 500 ha.
Švenčionių rajono ežerų išskirtinis požymis – tyras, skaidrus vanduo, kadangi per Švenčionių rajono aukštumas eina Nemuno ir Dauguvos upių baseinų takoskyra, todėl iš ežerų ištekantys upeliai išplukdo nešvarumus. Turistiniu požiūriu svarbiausi ežerai – Kretuonas, Skerdžius, Bėlys, Lazdinių, Sarių, Pailgio, Asvejos, didžioji dalis ežerų esančių rajono šiaurės vakaruose (Labanoro regioniniame parke).
Pietiniu Švenčionių rajono pakraščiu teka Neris. Iš šiaurės į pietus rajono teritorija teka Neries intakas Žeimena, į kurią įsilieja Lakaja, Peršokšna, Mera, Dubinga ir kiti mažesni upeliai. Žeimena – viena švariausių Lietuvos upių, joje nėra užtvankų, todėl ji priskirta prie pagrindinių Lietuvos lašišinių žuvų nerštaviečių.
Švenčionių rajonas išsiskiria ne tik ežerų, bet ir miškų gausa – jie užima 53 proc. rajono teritorijos. Didžioji dalis miškų (83 proc.) yra spygliuočiai.
Svarbu paminėti, kad Švenčionių rajono teritorijoje yra net 4-ių valstybinės reikšmės parkų dalys – Aukštaitijos nacionalinis parkas, Labanoro, Asvejos ir Sirvėtos regioniniai parkai. Šių parkų teritorijose yra 11 valstybinių draustinių bei 2 valstybiniai biosferos poligonai, kuriuose gausu nykstančių augalų bei paukščių rūšių.