纳帕河谷两边均与山相连，向西北方向蜿蜒约30公里，它的宽度由5英里到1英里不等，最宽的地方可以碰到纳帕城市的一角，最窄的地方就只达到山谷附近的斯托加镇。
纳帕河将山谷一分为二，沿着山谷的锥形轮廓不断逐渐缩小，从南边的一条完全足以通航的河流，延伸至北边变成了一条小溪。山谷的地形随着它的长度变化，从南部微风吹拂下的河口平原和平缓丘陵，到斯托加尖镇边的山谷尖， 被环抱在东边圣赫勒拿山脚下的帕利塞德斯悬崖和西边玛雅喀玛斯山上的茂密森林之间。
纳帕谷宜人的气候使它成为一个名副其实的花园，品种繁多的水果和蔬菜这里茁壮成长：有桔子、李子、苹果和橄榄等等。但真正使纳帕谷独树一帜的是它有难得的适宜酿酒的葡萄。海洋性气候使这里白天温暖，夜晚凉爽，土壤深沉却不过度肥沃，所以生产出这样奇异的强度、复杂性和平衡兼得的葡萄。
几种不同的微气候并存，土壤类型多样，使得不同的葡萄园生产的葡萄都具有他们独特的风格和特色， 但却是统一的高质量。
纳帕河谷葡萄园的环境随着地质时间而进化发展。像加州的其他地方一样，纳帕谷也有着非常活跃和重要的地质发展历史。许多构造板块（地壳上的大板块）与北美之间的相互碰撞，形成了加州。因此，该地区有许多地质断层，也正是它们塑造了纳帕山谷的地形和周围环绕的山脉。
大约在两百万年前，这个地区的火山运动频繁。火山喷发所释放的一系列火山灰和熔岩（也就是索诺玛火山岩）覆盖了纳帕和索诺玛县的大部分地区，尤其是在沿着玛雅喀玛斯轴线上的区域。那些在北扬特维尔山谷底凸显出来的小山坡就是由这些火山运动形成的。
海平面的变化使得圣巴勃罗湾多次与山谷南部交替进退。这导致了海湾沉积物（粘土和砂）沉积在南部山谷，形成了土壤的母质。基岩的种类繁多，有粗砂岩、海洋砾岩、火山玄武岩和凝灰岩。这些不同的母质层赋予了土壤各不相同的保水能力，质地和肥力。