Delstaten delas in i tre geografiska områden. Vid atlantkusten kallas området theAtlantic Coastal Plain, vilket upptar 35% av North Carolinas yta. Området är platt och det finns gott om sandbankar. Längre inåt landet kallas landskapetThe Piedmont (35% av ytan), som är en högplatå där de flesta av delstatens städer finns. NamnetPiedmont kommer från denitalienska regionenPiemonte, som betydervid foten av bergen och anspelar på dess karaktäristiska geografiska läge - en slätt omgiven av berg. I väster reser sig bergskedjanAppalacherna, som utgör den tredje regionen, där North Carolinas högsta topp, Mount Mitchell (2040 m), är belägen. Toppen är för övrigt den högsta amerikanska bergstoppen öster omMississippifloden. I Appalachernas storslagna natur liggerGreat Smoky Mountains nationalpark, vars ena hälft ligger i Tennessee.
Vid kusten påverkas klimatet av Atlanten, vilket innebär milda vintrar och relativt varma somrar, då temperaturen stadigt ligger kring 30 °C. På vintrarna har kusterna det mildaste klimatet i delstaten, med en medeltemperatur under dagtid på cirka 4 °C.Längre inåt landet blir somrarna varmare och vintrarna kallare. Medeltemperaturen på sommaren är cirka 32 °C, jämfört med 30 °C i kustområdena. De få gånger temperaturen överstiger 37 °C inträffar det ofta omkringFayetteville.
Klimatet i de östra och centrala delarna av delstaten liknar det i Georgia och South Carolina, medan bergsområdena iAppalacherna ter sig som det iMellanvästern ochNew England. Temperaturen i bergen överstiger sällan 25 °C på sommaren och temperaturer på -10 °C under vintern är inte ovanliga. Det snöar betydligt mer i bergsregionen, cirka 36–51 centimeter snö per år, jämfört med 7–20 centimeter i de centrala delarna av delstaten och ingen snö alls i de södra delarna.
North Carolina var från början hemvist för ett flertalindianstammar, bland dem den betydelsefullacherokee-stammen. Men liksom på andra håll i Nordamerika dog enorma mängder indianer när européerna koloniserade området. Sjukdomar och död i striderna mellan indianer och européer var de vanligaste dödsorsakerna. Många indianer fick också fly inåt landet där européerna ännu inte hade samma kontroll.
North Carolina var den andra amerikanska kolonin som koloniserades (efterVirginia). EngelsmannenWalter Raleigh var aktiv i kolonisationen av Nordamerika och i synnerhet av North Carolina. Delstatens huvudstad bär för övrigt hans namn. Det första amerikanskfödda (med engelska föräldrar) barnet fött i Nordamerika varVirginia Dare, som föddes i North Carolina1587.
De första permanenta invånarna var brittiska emigranter som kom från Virginia. Inflyttningen ökade snabbt, och1663 fick North Carolina sin första fullskaliga brittiska bosättning. Vid den tiden började namnet "Carolina" användas som benämning på området, till minne av den framlidne brittiske kungenKarl I.
