Ventspils novads izvietojies Piejūras un Kursas zemienēs. Pirmā stiepjas gar Baltijas jūras piekrasti un sīkāk iedalās Irves līdzenumā ziemeļos, Ventavas līdzenumā ap Ventspili un Piemares līdzenumā dienvidos, bet Kursas zemiene novadā sastāv no Rindas līdzenuma ziemeļos un Ugāles līdzenuma dienvidos. Tas ir vienīgais novads Kurzemē, kurš fizioģeogrāfiski atrodas tikai zemienēs.[4] Pamatā novada reljefu veido Baltijas jūras seno formu abrāzijas un akumulācijas līdzenumi ar seno krastu vaļņiem. Seno lagūnu un līču vietā māla un dūņu sanesas (īpaši Ventas lejtecē). Vietām reljefa paaugstinājumi — bijušās Baltijas ledus ezera salas (Puzes, Ugāles un Popes pacēlumi attiecīgi līdz 50, 60 un 68 m vjl).[5] Ziemeļdaļā biežas kāpu pauguraines, dienvidaustrumos Usmas smiltāji. Kvartāra nogulumu biezums līdz 30 m, pamatieži — vidusdevonasmilšakmens, aleirolīti, māls, merģelis, dolomīts. Derīgie izrakteņi — grants (Pope, Ķorsīši, Užava), māls (Stilmes, Ugāle), laukakmeņi (Pope, Vēde), saldūdens kaļķi, kūdra.[5] Augsnes — piejūras mežu joslā galvenokārt tipiski podzolētās un smilšaina vai Ventas lejtecē putekļaina smilšmāla un māla pamata, iekšzemē galvenokārt velēngleja un velēnu podzolētās augsnes uz smilšainiem, bet pacēlumos uz morēnas smilšmāla un mālsmilts cilmiežiem. Purvos (ap 5% teritorijas) purvu augsnes. Vairāk nekā 60% novada aizņem meži, divas trešdaļas no visiem kokiem mežos ir priedes.[5]
Nokrišņu daudzums 600 — 800 mm gadā, ar maksimumu dienvidos, Ventas un Abavas satekas rajonā. Vidējā mēneša temperatūra -3 — -4 °C janvārī, +16 — +16,5 °C jūlijā.[4]
Sārnates purva mītnēs apdzīvotība zināma kopš agrā neolīta 3. gadu tūkstotī p.m.ē.[5] 9.-10. gadsimtā novada teritoriju apdzīvoja galvenokārt vendi, dienviddaļā jaukti ar kuršiem.[6] Līdz 13. gadsimtam kurši bija iespiedušies dziļāk novadā, savukārt vendi dzīvoja galvenokārt novada ziemeļos un gar Ventu. Rietumdaļā bija izveidojusies Ventavas zeme, austrumdaļa piederēja Vanemas zemei.[7] 13. gadsimtā krustnešu iebrukuma rezultātā mūsdienu Ventspils novada daļa ap Usmu, Ventspili un uz dienvidiem no tās nonāca Livonijas ordeņa īpašumā, bet pārējais pēc dažām īpašnieku maiņām — Kurzemes bīskapijā. Pēc Livonijas sabrukuma bijušo ordeņa īpašumu pārņēma Polijai pakļautā Kurzemes hercogiste, bet bīskapijas daļa nonāca Piltenes apgabalā. Ar 1795. gadu novads bija Krievijas Impērijas sastāvā, ar 1797. gadu — izveidotajā Kurzemes guberņā. Piltenes apgabals saglabāja tajā autonomiju līdz 1818. gadam. Pirmā pasaules kara laikā no 1915. gada vidus teritoriju bija okupējusi Vācija. 1919. gadā tā pārgāja Latvijas kontrolē.