Для орографии бассейна оз. Ханка характерен переход от хребтов со среднегорным и низкогорным рельефом к зоне мелкогорного и холмисто-увалистого рельефа, а затем к зоне высоких и низких аккумулятивных равнин. Высокая аккумулятивная равнина, как геоморфологический элемент, возникла в конце плиоцена и широко развита в бассейне оз. Ханка. На отдельных участках она перекрыта покровами базальтов. Непосредственно вблизи оз. Ханка развита низкая аккумулятивная озерно-аллювиальная равнина, которая оконтуривает его современное южное, восточное и северное побережья.

Предполагается тектоническое происхождение котловины озера в плиоцене. В начале плейстоцена на его месте существовала развитая речная сеть, связанная с бассейном Палеоамура. Озерный водоем возник в среднем плейстоцене, причем размеры его в дальнейшем сильно изменялись.

Поверхность участков заповедника носит, преимущественно, выровненный характер (более 99 % площади). На некоторых из них, либо вблизи их границ, расположены невысокие сопки (Лузанова, Синий Гай, Черемшовая, Змеиная) (менее 1% площади).

Наибольшая высота над уровнем моря составляет 147 м.

Наименьшая высота над уровнем моря составляет 64 м.

Параллельно восточному берегу озера Ханка тянутся пять увалов - древних береговых валов озера, которые разделены заболоченными понижениями.

Преобладающим ландшафтом восточной и юго-восточной частей побережья являются открытые равнины.

Основные элементы этого ландшафта – сырые травянистые луга, болота, плавни.

В территорию заповедника включены 2 небольших острова, расположенные в юго-западной части оз. Ханка – Сосновый и Васильевский. Первый из них находится к северу от устья р. Комиссаровка и сложен из наносных песков. На нем произрастает древесная растительность, представленная в настоящее время ивняком, хотя в недалёком прошлом здесь располагалась роща из сосны густоцветковой. Этот остров играет очень важную роль для размещения колоний чайковых птиц. Второй остров, расположен в приустьевой части р. Мельгуновка.Он несколько крупнее первого и большей частью сплавинный, лишён древесной растительности, заилен и почти никогда не заселялся птицами.

Территория заповедника включает часть акватории оз. Ханка, пойменные, плавневые и дельтовые озера его побережий, ряд впадающих в него рек и российскую часть вытекающей из озера реки Сунгача. Длина оз. Ханка 87 км, максимальная ширина – 67 км, средняя глубина – 4,5 м, наибольшая глубина – 10,6м. Общая площадь водной поверхности Ханки (без озера Малая Ханка и дельтовых озер Тростниковое, Протока и Крылово) составляет при среднем многолетнем уровне воды 4070 км2.

Другие озера дельты – отмежевавшиеся заливы Ханки с изрезанными низкими сплавинными берегами.

В озеро Ханка впадает несколько рек, а вытекает только одна – Сунгача, впадающая в р. Уссури и таким образом связывающая его с Амурским бассейном. Основными реками являются Спасовка, Илистая, Мельгуновка, Комиссаровка, Большие усачи. Второстепенные реки Грязнуха, Красная, Белая, 1, 2, 3-й Ерики – небольшие и неглубокие. Русла некоторых из них извилистые и местами теряются среди плавней.

Наиболее крупные торфяные болота расположены на восточном побережье оз. Ханка на участках «Журавлиный» и «Речной» и на участке «Чертово болото», размещённом на Присунгачийской низменности.