Rytine Sonoros dalimi driekiasi Vakarų Siera Madrės kalnai. Aukščiausia valstijos vieta – Gvakamajos kalnas (2646 m). Kitur daugiausia būdingos pavienės aukštumos ir neaukšti kalnų masyvai. Šiaurės vakaruose plyti Sonoros dykuma. Klimatas sausringas, būdingos karštos vasaros ir šalčiai žiemą, kalnuose būna sniego. Upės daugiausia nevandeningos, dažnai išdžiūstančios. Šiaurės vakaruose plyti Kolorado upės delta. Pagrindinės Sonoros dalies svarbiausia upė yra Jaki, pietuose teka Majas, šiaurėje – Sonora. Įrengta keletas tvenkinių.