El terreno en este municipio es llano y elevado, excepto en el centro y sur, en donde comienza la Cordillera del Escambray y la serie de lomas que incluso cerca de la cabecera alegran y varían el panorama. Sus principales ríos son: Sagua la Grande, Sagua la Chica, Agabama, Arimao, Caonao, los arroyos Grande, Ochoa, Manajanabo y otros.

Relieve: Elevaciones, sabanas, valles, y demás:

Agabama: Sierra alta del grupo de Cubanacán, al sureste del municipio. Como casi todas las de su grupo, está formada por rocas antiguas y en ellas se hallan minas de hierro y cobre y restos de las de oro que se explotaron en los primeros días de la colonización.

Calvo: Cerro del macizo central del grupo de Cubanacán, en los alrededores de la ciudad de Santa Clara.

Escambray: Sierra perteneciente al grupo Cubanacán y de la cual es el nudo central o básico. Está situada en el centro de la isla y de la provincia de Las Villas.

La Pastora: Loma del conjunto llamado lomas de Villaclara, del grupo Cubanacán, situada al sur de la ciudad de Santa Clara y próxima a ella.

Seibabo: Lomas próximas a la Sierra del Escambray, de la cual constituyen una dependencia, y por consiguiente del grupo de Cubanacán.

Ríos, riachuelos, arroyos y cursos de agua en general:

Arimao: Río de la vertiente sur. Nace en las últimas estribaciones de la Sierra del Escambray. Riega en sus comienzos las vegas de Manicaragua, municipio de Santa Clara y el de Cienfuegos, en cuya costa desemboca al este de la boca de Jagua o Cienfuegos. Recibe numerosos afluentes, es de curso sinuoso y mide en conjunto de 80 a 85 kilómetros. Es de notar con referencia a este río que las primeras encomiendas del Padre de Las Casas y de su amigo Pedro de Rentería (y a las cuales renunciaron por humanidad) se hallaban situados en su curso inferior hacia las Auras. Los primeros colonizadores hallaron arenas de oro en este río, que llamaron la atención de los pobladores. En algunos documentos antiguos aparece el nombre de Arimaú aplicado a este río.

Caonao o Caunao: Río de la vertiente sur, que nace en la Sierra del Escambray, en tierras del barrio Seibabo, del municipio de Santa Clara. Cursa por los términos municipales de San Juan de los Yeras, San Fernando de Camarones y Cienfuegos, para ir a morir en la parte oriental del puerto de Cienfuegos, no lejos de la Punta Gorda. Su curso es de unos 80 kilómetros, siendo navegable en unos 16. Al pasar por Camarones toma el nombre de ese pueblo. Recibe muchos afluentes, entre los cuales Viajaca, Saltadero, de las Yeras, Blanquizal, Mal Tiempo, Aguacate y varios más.
Nota: En el municipio de Cabaiguán, Las Villas, hay otro río llamado Caonao.
Y en la provincia de Camagüey, en los límites de los términos municipales de Esmeralda y Morón, hay aun otro río, de la vertiente norte, también llamado Caonao.

Sagua la Chica: Río de la vertiente norte. Nace en las lomas del Descanso y otras, en la Sierra del Escambray. Discurre al norte regando los términos municipales de Santa Clara, Camajuaní, San Antonio de las Vueltas y Encrucijada, constituyendo de estos dos últimos el límite entre ellos. Su curso mide unos 105 kilómetros y es navegable hasta el embarcadero del Santo.

Sagua la Grande: Río de la vertiente septentrional. Nace en la Sierra del Escambray, riega los términos municipales de Santa Clara, Ranchuelo, Santo Domingo y Sagua la Grande. Pasa por la ciudad de Sagua la Grande, y desemboca en la costa después de un curso de unos 150 kilómetros, navegable en unos 30 kilómetros desde la desembocadura hasta el puerto interior de la ciudad de su nombre. Esa distancia por el río dará idea de las sinuosidades del mismo, puesto que la cabecera está a 16 kilómetros del litoral.

Agricultura: El Municipio de Santa Clara en 1957 contaba con 4,303 fincas, siendo aprovechado un 32% de sus tierras (36,400 hectáreas) en la agricultura. Su producción principal es la de la caña de azúcar, tabaco, frutos menores de consumo local, frutas y un poco de café.

Ganadería: A principios de la década de 1950 ya la ganadería estaba bien desarrollada en este municipio. En 1952 este tenía 90,600 reces.