Topografia Hrabstwa Champaign została utworzona przez Lodowiec Wisconsin znajdującego się tu ok. 10 000 lat p.n.e. Cofające się lody utworzyły obecne Jezioro Michigan, przecinające hrabstwo, oraz wał glacjalnej ziemi, dochodzący do ok. 92 metrów i małe płaskie jeziora pozbawione odpływów.
Hrabstwo Champaign jest położone na rozwidleniu rzek pomiędzy rzeką Ohio i Missisipi. Rzeki płyną w Hrabstwie Champaign na wschód, zachód i na południe. W północno-zachodniej części hrabstwa bierze swój początek rzeka Kaskaskia, która osusza zachodnią stronę miasta Champaign. Strumień Kaskaskia płynie na południowy zachód, łącząc Missisipi z St. Louis.
Z drugiej strony płynie inna rzeka Embarras, która osusza południowo-centralną część Champaign – aglomerację Urbana, wypływając z południowo-wschodniego Champaign i płynąc przez tereny doświadczalne w południowej części miasteczka uniwersyteckiego Uniwersytetu Illinois. Embarras należy do systemu rzeki Wabash i Ohio.