Pankow liegt mit seiner Fläche von 103,07 km² nahezu vollständig auf der eiszeitlich gebildeten Hochfläche des Barnim, die hier eben bis flachwellig ausgebildet ist. Zum größten Teil besteht die Landschaft aus Grundmoränenflächen. Entlang der Panke zieht sich auch ein Sander von Norden nach Süden zum Berliner Urstromtal.

Pankow verfügt über eine Vielzahl von Parks und naturnahen Landschaftsräumen. Bürgerpark, Niederschönhausen, Botanischer Volkspark Blankenfelde und der Schlosspark Buch sind besondere gartenhistorisch bedeutsame Grünanlagen.
Mauerpark, Blankensteinpark, Volkspark Prenzlauer Berg und der Park am Weißen See sowie der Volkspark Schönholzer Heide sind weitere größere Parkanlagen.
Nördlich des Ortsteils Niederschönhausen geht der dicht besiedelte Bereich in naturnahe Stadtrandbereiche über, zum Naturpark Barnim gehören, der per Staatsvertrag mit dem Land Brandenburg als Naturschutzausgleichsraum und Raum für die Naherholung vorgesehen ist.
Nördlich Französisch Buchholz gibt es die ehemalige Rieselfeld-Landschaft, die an die Karower Teichen als naturnahe Erholungsfläche und Ausgleichsflächen renaturiert und naturnah bewirtschaftet werden.
Die Elisabethause und das Dorf Blankenfelde sind eine der letzten landwirtschaftlich geprägten Bereiche Berlins.

Ganz im Nordwesten entsteht rund um die ehemalige Deponie Arkenberge, mit dem höchsten Berg Berlins eine naturnah gestaltete Erholungslandschaft mit der Panke als wichtigen Fließgewässer.
Die Moorlinse in Buch ist eine der wichtigsten Vogelbrutreviere. Pankow ist in weiten Bereichen naturnah geprägt – Naturthemen und der Kontakt zur Natur werden regelmässig behandelt. Eine Themenauswahl ist nachfolgend zu finden. Stand 12.12.2015