El principal río de este municipio es el Asón, que lo atraviesa junto con sus afluentes, el Gándara y el Carranza. El río Asón nace en una cascada en el pueblo del mismo nombre, perteneciente al municipio vecino de Soba. Fluye a través del valle que lleva su nombre hasta su desembocadura en la ría del Asón, ubicada entre los municipios de Limpias, Santoña y Laredo. En su camino hacia el municipio de Arredondo, recibe las aguas de la Fuente Cuvera. Al pasar por Arredondo, recoge las aguas del río Bustablado. Luego atraviesa los pueblos de Riva, Lastras y Valle antes de llegar a la localidad de Ramales de la Victoria, donde se une a su afluente principal, el Gándara.
El río Gándara nace en una surgencia sobre la aldea de La Gándara (Soba), también pasa por Veguilla, la capital del municipio vecino de Soba. Después de Ramales, los ríos Asón y Gándara, ya unidos, ofrecen un tramo de cotos salmoneros: Coto Cuende, Coto Negrillo y Coto Peña Quebrada. El río Gándara tiene otro afluente, el río Calera, que proviene de El Prado y Lanestosa (Vizcaya). Ha excavado una garganta entre los acantilados de La Mortera y El Moro, que lleva su nombre. El segundo afluente del río Asón es el río Carranza, que pasa por las localidades de Gibaja y Riancho. También ha excavado una garganta al pasar entre El Moro y el Picón del Carlista, donde se encuentra un área de anidación de buitres.
El terreno del municipio es abrupto y está compuesto por roca caliza. Ramales de la Victoria está ubicado en un valle formado por la confluencia de los ríos Asón y Gandara, rodeado de picos altos. Los picos destacados incluyen el Pico San Vicente (Soba, 910 m), símbolo del municipio, y el Picón del Carlista (737 m), en el límite con Vizcaya. Hay otros dos picos que superan los 800 metros de altitud: El Moro, en el límite con Vizcaya, y la Peña del Mazo, en la margen izquierda del Carranza.
Cerca de la cumbre del Picón del Carlista, en el límite con Vizcaya, se encuentra la entrada a la Torca del Carlista, una cueva con una profundidad de 349 metros y una gran cámara interior.
Este lugar presenció la batalla de Ramales, decisiva en la guerra carlista, liderada por el general Espartero contra los carlistas de Maroto. Duró 22 días, con muchas bajas. El duque Espartero recibió el título de grande de España y duque de la Victoria, lo que llevó a Ramales a llamarse «de la Victoria». Tras la batalla, muchas construcciones emblemáticas fueron incendiadas. Además, el municipio alberga un valioso conjunto arqueológico de cuevas y abrigos rocosos, mostrando la presencia humana desde la prehistoria hasta la Edad Media. Destacan la cueva Cullalvera y la cueva Covalanas, Patrimonio de la Humanidad según la Unesco (2008). El dicho popular «Más gorda que la de Ramales» se originó en 1893 cuando el Ministerio de Gracia y Justicia suprimió el partido judicial de Ramales, causando un amotinamiento que dejó una anécdota histórica.
