“梦溪”是沈括晚年归退后，在润州（今镇江）卜居处“梦溪园”的园名，也是在此处沈括完成了《梦溪笔谈》一书。书中有三十多个条目涉及自然地理、测量、地图制作等。沈括以其丰富的阅历，撰写了有关山川、地名沿革与考辨的条目，为研究自然地理提供了宝贵史料。
在气候方面，沈括指出：“岭峤微草，凌冬不凋；并汾乔木，望秋先陨；诸越则桃李冬实，朔漠则桃李夏荣，此地气之不同也。”道出了气候的水平和垂直分布规律。
在自然环境变迁方面，他根据化石解释了沧海桑田的变化，他说：“予奉使河北，边太行而北。山崖之间，往往衔蚌壳及石子如鸟卵者，横亘石壁如带，此乃昔之海滨。今东距海已千里，所谓大陆者皆为浊泥所湮耳。尧殛鲧于羽山，旧说在东海中，今乃在平陆。”他的这段话对华北平原的成因做了较为精辟的论述。另外，他还认识到潮汐和月亮在时刻上的对应，强调月亮是潮汐形成的主要原因。
在制图方面，除编修了《天下州县图》，他还用面糊、木屑、熔蜡为材料制作过地形模型。
在矿物方面，他最早记述了石油的性质、用途，把当时所称的“石液”定名为“石油”。
在地质方面，在考察了温州雁荡山独特地形地貌并分析其成因之后，沈括指出：“原其理，当是为谷中大水冲激，沙土尽去，唯巨石岿然挺立耳。”这种“流水侵蚀作用”的认识是十分正确的。著名科学家竺可桢曾撰文《北宋沈括对地学之贡献与纪述》，高度评价《梦溪笔谈》在地理学方面的重要贡献。
《徐霞客游记》
《徐霞客游记》是以日记体为主的中国地理名著，世传本有十卷、十二卷、二十卷等数种。主要按日记述作者一六一三年至一六三九年间旅行观察所得，对地理、水文、地质、植物等现象，均做了详细记录，在地理学和文学上卓有成就。
徐霞客原名弘祖，字振之，别号霞客，出身于江阴。幼年好学，博览图经地志。因见明末政治黑暗，专心从事旅行。二十一岁开始出游，足迹北至燕、晋，南及云、贵、两广，旅途中备尝艰险。其观察所得，按日记载。
徐霞客去世前托其外甥季梦良（字会明）整理原稿，季会明、王忠纫将游记手稿编辑成书。他去世后，清军进攻江阴时，季梦良帮助守城，全家被杀，游记手稿大部分被焚于兵火，季会明、徐李寄收集残存的抄本编辑成《徐霞客游记》一书。
徐霞客的出游大至分为两个时期：前期北登恒山，南及闽粤，东涉普陀，西攀太华之岭，偏重搜奇访胜，写下了天台山、雁荡山、黄山、庐山、嵩山、华山、五台山、恒山等名山游记十七篇；后期的西南地区之行，则在探寻山川源流、风土文物的同时，重点考察和记述喀斯特（石灰岩）地貌的分布及其发育规律。
对喀斯特地貌类型的分布和差异，《徐霞客游记》中有详细的考察和科学的记述。仅在广西、贵州、云南三省，徐霞客亲自探察两百七十多个洞穴，且有方向、高宽、深度的具体记载，并初步论述了成因。他的这些考察研究，比欧洲最早研究喀斯特地形的爱士信尔早了一百多年。徐霞客对地热现象的详细描述在中国也是最早的。他调查了云南腾冲山的火山遗迹，科学记录与解释了喷发出来的红色浮石的产状、质地或成因。
另外，徐霞客纠正了地理文献中的一些错误，如否定《尚书》以来流行一千多年的“泯山导江”说，肯定了金沙江是长江上源，还正确指出河床坡度和侵蚀力成正比。植物学方面，他明确提出了地形、气温、风速对植物分布和开花早晚的各种影响。
徐霞客在中国古代地理学上做出了超越前人的贡献，特别是有关喀斯特地貌的详细记述。经后人编辑成约六十余万字的《徐霞客游记》，不但具有极高的科学价值，而且具有很高的文学价值，对所到之处的人文地理情况作了不少精彩的记述。被誉为“千古奇书”。
域外地理
中国古代域外地理的知识，萌发于先秦，奠基于西汉。
西汉卓越的探险家、外交家张骞曾多次出使西域，分别到过大宛、康居、大月氏、大夏、乌孙、安息和身毒等地，了解到今中亚（锡尔河、阿姆河、伊犁河一带）、西亚（伊朗高原、两河流域一带）和南亚（印度一带）的地理情况并写有书面材料。《史记·大宛列传》和《汉书·西域传》就是根据张骞等提供的材料写成，它们是记载中亚和西南亚最早的地理专篇，对西域各国的人口、兵力、风俗、物产、城镇交通、水文、气候以及相互间的距离等都有所介绍。
东汉的班超又奉命出使西域，后班超派甘英出使大秦（罗马）至波斯湾受阻。这是中国旅行家第一次到达波斯湾头。班超的儿子班勇继父志出使西域，几乎一生都在西域度过，写有《西域记》一书。
魏晋南北朝时期，中外交通并未因国内长期的割剧局面而中断，相反的却由于通商贸易的发达和佛教传播的兴盛，使某些地区中外交往至为活跃，从而促进了这些地区边疆域外地理知识的发展。
东晋时，僧人法显于隆安三年（公元三九九年）从长安出发，西行越葱岭，再南下到印度，在印度居住多年，然后取道海路经师子国（今斯里兰卡）、苏门答腊回国。《法显传》描述了他所到地区的地理情况，是中国古代关于中亚、印度、南亚的第一部旅行记。
唐代名僧玄奘西行求法，用了十八年的时间，历经一百一十多个国家，行程五万余里。回国后按其口述编成《大唐西域记》，全面介绍了所经诸邦的面积、都城、气候、地形、水利、物产、交通以及风俗习惯等，可谓“推表山川，考采境壤，详国俗之刚柔，系水土之风气”。另外，《新唐书·地理志》记载的《广州通海夷图》详述了从中国到波斯湾的海上航程。
到了宋代，罗盘用于航海，海上交通贸易更为发达。宋朝与日本间航行较为频繁，同时对南洋、印度以西的航行也极为发达。周去非和赵汝适搜集当时地理资料分别写成《岭外代答》和《诸蕃志》，涉及南海、东南亚、南洋群岛、南亚、西亚、非洲和西班牙等广大地域。
元代时，耶律楚材、长春真人、常德等出征、出使或旅行于西域各地。周达观从海上去柬埔寨，汪大渊去南洋诸岛、印度洋沿岸、东非各国。这些人写的游记都是重要的地理文献。
明代三宝太监郑和七下西洋，访问了南洋诸岛、印度、阿拉伯、东非等几十个国家，船员最多时近三万人。随行的马欢、费信和巩珍记述了这七次航行的盛况和见闻。马欢的《瀛涯胜览》记载了十九国，费信的《星槎胜览》记载了四十国（其中亲见二十二国），巩珍的《西洋番国记》记载了二十国的风土人情。最后一次航行制作的《郑和航海图》，以南京为起点，最远到达非洲东岸的蒙巴萨，图中收入了五百多个地名。
地图成就
中国古代地图学是建立在平面制图的基础上，战国到西晋是中国地图学理论的形成时期。现代已发掘的这一时期的地图，有出自河北平山县战国中山王墓的《兆域图》、甘肃天水放马滩秦墓中绘于木板上的战国末期地图，及长沙马王堆三号汉墓的地形图和驻军图等。
西晋时，出现了一位著名的制图理论家裴秀。裴秀字季彦，河东闻喜（今山西闻喜县）人。自幼好学，知识渊博。出身官僚世家，官至司空，接触到不少地理和地图资料。他编制了《禹贡地域图》和《地形方丈图》，并总结了“制图六体”，被誉为“中国科学制图学之父”。
春秋战国时期，地图已广泛用于战争和国家管理。秦汉以后损失严重。出于政治和军事需要，裴秀立意制作新图。他领导和组织编制成《禹贡地域图》十八篇，这是中国和全世界见于文字记载的最早历史地图集。为便于应用，他还将一幅篇幅过大（用绢八十匹绘制）的《天下大图》缩制成以寸为百里的《地形方丈图》，图上载有名山都邑，为军政管理提供了科学依据。
裴秀在地图学上的主要贡献，在于他第一次明确建立了中国古代地图的绘制理论。他根据前人的实践，总结出绘制地图的六项原则，即“制图六体”：分率（比例尺）、准望（方位）、道里（距离）、高下（地势起伏）、方邪（倾斜角度）和迂直（河流、道路的曲直）。前三点讲的是比例尺、方位和路程距离，是最主要的普遍绘图原则；后三点是因地形起伏变化而须考虑的问题。这六项原则是中国最早的制图理论，直到清初，都是中国制图学者所遵循的准则。
此外，唐代的贾耽用朱墨二色分示古今地名编制的《海内华夷图》传世了五百年。北宋沈括编制“二寸折百里”的《天下州县图》二十幅，是当时最佳的全国地图。同时还有《南北对镜图》、《混一图》等地图。元代的朱思本绘制了长宽各七尺的全国地图《舆地图》二卷。明代时传入了西洋地理学，有利玛窦、艾儒略等人的著作。清康熙年间，政府派西洋教士测绘《皇舆全览图》，十年而成；乾隆年间制作《乾隆内府舆图》。上述地图都是具有国家级分量的图籍。