魏晋南北朝时期的地理学获得了大发展，西晋的裴秀和北魏的郦道元都是当时很有影响的地理学家。
裴秀（公元224～271），字季彦，是魏晋间河东闻喜（今山西省闻喜县）人，生于官宦家庭，自幼好学，尤其喜爱地理学。入仕以后，在政治方面颇有建树。他在西晋任司空后，除了在朝廷中负责日常政务外，还负责管理国家的地图和户籍，使他得以接触更多的地理和地图知识，并对古代地理和地图进行了整理和研究工作。
裴秀在详细考证古今地名、山川形势和疆域沿革的基础上，以春秋战国时期的地理学名著《禹贡》为基础，结合当时的“十六州”而分州绘制的地图集，绘制了《禹贡地域图》18篇，是中国见于文字记载的最早的一部地图集。对于这18篇地图的内容，有两种不同意见，一种认为是以历代区域沿革图为主的历史地图集，共18幅地图；一种认为仅是晋朝当代的地图集，18幅为晋初16个州的行政区图，再加上两幅吴、蜀地图构成。《禹贡地域图》采用科学的绘制方法，运用古今地名相互对照的形式，是当时最完备、最精详的地图。该图已经亡逸，在仅存的序文中，可以了解裴秀在制图理论上的卓越见解。
裴秀在地图学方面作出的最大贡献是提出了“制图六体”，即绘制地图的六项原则，包括分率（比例）、准望（方位）、道里（距离）、高下（地形）、方邪（角度）和迂直（曲直）。在裴秀以前，历代地图学家在地图学方面虽然积累了十分丰富的实践经验，但是缺少系统的理论概括和指导。裴秀在总结前人丰富绘图经验的基础上提出的“制图六体”，成为了后世地图学者绘制地图的规范，对中国传统地图学的发展具有重要影响。裴秀在完成《禹贡地域图》以后，把它进呈给晋武帝，被当做重要文献收藏于“秘府”，后来又传行于世。
《水经注》裴秀除了绘制《禹贡地域图》以外，还运用缩放技术绘制了一幅《地形方丈图》，一直流传了几百年，对后世地图学的发展也有相当大的影响。
郦道元（公元466或472～527），字善长，生于官宦人家，仕于北魏后期。他自幼好学，博览群书。他喜爱游历，在为官期间，亲自参与了许多地理方面的实践活动，曾跟随孝文帝巡视边疆，每到一地都会用心勘察水流地势，了解当地的地理、地貌、土壤、气候、人民的生产生活以及地域的变迁等。在任鲁阳太守期间，朝廷要求绘制山川地图，郦道元主张实地考察，以保证地图绘制的准确性。通过这些实践活动，郦道元既增长了知识和见闻、又积累了许多山川地理方面的资料。
郦道元最著名的地理学著作是40卷《水经注》。《水经》是中国第一部专门记述河流水道的专著，著者和成书年代历来说法不一。《隋书·经籍志》记载《水经》为郭璞著，而《旧唐书·经籍志》记为郭璞撰。《新唐书·艺文志》记为三国曹魏桑钦撰，宋以后人的著作大多沿用桑钦撰的说法。该书简要记述了全国137条主要河流的水道情况。原文仅1万多字，记载简略，缺乏系统性。郦道元发现了《水经》的这个缺点，便下决心给《水经》作注。
为了撰写《水经注》，郦道元阅读了400多种相关书籍，查阅了大量地图，研究了许多文物资料，还亲自到实地考察。《水经》共记载了137条大小河流，全书1万多字，经郦道元注释以后，大小河流的数量增加到1252条，共30余万字，比原著增加20多倍。
《水经注》以水道为纲，内容丰富详实，记述了各条河流的发源与流向，河道流经地域的自然地理和经济地理状况以及历史变迁、自然景观、水利工程等多方面的内容。所涉及的地域，涵盖了汉晋正史地理志著录的一切郡县乃至域外地区。该书所引用的大量古籍及汉魏碑刻，原书多已散逸，赖此书的流传，才使后人得窥原书之一斑。同时，该书还收集了当代各地的水文、水利、灌溉、农事、建筑、园林等材料，成为南北朝以前我国古代地理知识的结集。该书行文简洁，富于骈体文特色，又是一部生动优美的山水散文。
《水经注》是中国古代一部全面系统的综合性地理学专著，在中国科学文化发展史上占有重要地位，受到后世许多学者的推崇。
此外，北魏杨衒之所著《洛阳伽蓝记》也可以视为一部具有城市地理和人文地理性质的专著。该书以记载洛阳佛教寺院为主题，兼及地理、政治、商业、手工业、人物、风俗等多方面的内容，详细记载了6世纪洛阳城的城址、城门、宫殿、御道、佛寺、官署、住宅、名胜、古迹等，以及它们之间的方位和距离，对研究洛阳的历史地理、考古及城市建设，具有重要的借鉴意义。
