Nel territorio comunale di Fermignano si trovano le frazioni di Pagino (isola amministrativa), Sagrata, Ca l'Agostina e San Silvestro. Calpino, un tempo frazione, va ormai considerato nucleo integrato con la periferia del capoluogo. Pestrino, pur indicato sulle carte, è costituito solo da alcune case lungo la strada che porta ad Acqualagna; Pestrino (o Pistrino) era anticamente il nome che si dava a un mulino.

La parte attorno al centro abitato è costituita dall'ampia pianura alluvionale che il Metauro forma dalla frazione di S. Silvestro fino alla parrocchia di S. Barbara ai confini con il Comune di Urbino, e dalle colline che partono dalla pianura e contornano la città.

La parte più alta delle colline è spesso ricoperta da Roverelle, Carpini neri e Ornielli; presente anche il Castagno. I fossi, le strade di campagna, le scarpate, i campi coltivati, sono spesso costeggiati da file di maestose querce secolari. Tutto il tratto di fiume è costeggiato da un folto bosco ripariale che in alcuni punti raggiunge una profondità di decine di metri.

Il territorio pianeggiante, eccettuato l'abitato e la zona industriale, è coltivato intensamente così come quello collinare nelle parti più acclivi. Vi si producono grano, avena, granoturco, girasole, barbabietola, foraggi, vite ed altre piante da frutto.

L'isola amministrativa di Pagino è parte integrante del territorio del Furlo e contribuisce a costituire quella che attualmente è diventata la Riserva Naturale Statale del Furlo, che per circa un quarto della sua estensione rientra nel Comune di Fermignano. Il territorio di questa isola è situato sul Monte Pietralata (888 m) e comprende le pendici che partono dal Metauro fino a raggiungere la chiesa di S. Clemente di Pagino. E' questo un territorio di grande bellezza e suggestione naturalistica, interessante per le sue caratteristiche geologiche, floristiche e faunistiche (i Monti del Furlo e la Gola) e storiche (la via Flaminia e le due gallerie romane). Il Furlo si presenta con pareti strapiombanti di circa 400 metri di altezza, ospitanti una fauna e una flora del tutto eccezionali, con la presenza dell'Aquila reale, del Falco pellegrino, del Lupo e di piante rare come Moheringia papulosa e Muscari tenuiflorum. Negli strati rocciosi che costituiscono la gola si rinvengono interessanti fossili, in particolare ammoniti. Nella Galleria romana minore la Flaminia conserva ancora i solchi prodotti dal passaggio delle ruote dei carri; questo tratto è interrotto verso lo sbocco di nord-est da una chiesetta edificata nel XVI secolo.
Le coltivazioni agricole che da sempre storicamente si praticano attorno all'abitato di Pagino possono essere considerate un esempio di "giardino collinare" tipico del paesaggio marchigiano. Da sempre è qui praticata la selvicoltura: da qualche decennio si tende a riconvertire all'alto fusto alcuni lembi di bosco normalmente trattato a ceduo.

Nel territorio di Fermignano interessanti sono i resti della cripta della Chiesa di San Silvestro (situati attualmente in un rudere vicino alla chiesa di recente edificazione) e la Chiesa di San Giacomo, situata attualmente nella zona industriale; nel Medioevo era ubicata fuori dalle mura del castello, lungo una delle principali strade di pellegrinaggio per Roma ed era stata edificata proprio per l'accoglienza dei viandanti e dotata per un certo periodo anche di un ospedale.
Altra chiesa importante era la Pieve di San Giovanni, situata anch'essa fuori le mura, costruita in pietra e con un bel portale gotico. La chiesa è stata poi ampliata e inglobata in un edificio contadino nei secoli successivi. Attualmente (2001) è sconsacrata ed è in fase di restauro.

Sulle sponde del Metauro a monte di Fermignano sorge Villa Isola, così chiamata perché circondata per tre lati dal fiume; si tratta di una bella costruzione rinascimentale dove il poeta Torquato Tasso, ospite nel 1578 del conte Federico Bonaventura, scrisse la Canzone al Metauro.