Il territorio del Comune di Bienno si estende sul versante idrografico sinistro della Valle Camonica, comprendendo il bacino del torrente Grigna e del suo affluente Travagnolo, denominato Arcina nella parte alta, nel quale a sua volta confluiscono la Valdaione e la Valle Lavena; l’altitudine minima (400 m s.l.m.) si registra nel fondovalle presso il fiume Oglio, l’altitudine massima si riscontra sul Monte Auccia (2.212 m s.l.m.), situato sullo spartiacque con la Val Trompia.
La superficie territoriale è di 2.396 ettari, di cui 1.477 di proprietà comunale: il Comune confina ad ovest con i Comuni di Cividate Camuno e Berzo Inferiore, a sud con Bovegno e Collio, a nord e ovest con i Comuni di Breno e Prestine.
Nella parte superiore il territorio è ampio ed aperto, e da ovest ad est si susseguono, con andamento sudest-nordovest, la Valle Grigna, la Valdaione, la Valle Arcina e la Valla Lavena: nella prima si innestano in sponda idrografica sinistra la Val Bresciana e la Val Gabbia, entrambe facenti parte della Zona di Protezione Speciale Val Grigna; la Valdaione, solcata dal torrente omonimo, è delimitata ad ovest dalla dorsale Dosso Figarolo (1910 m s.l.m.) – Dosso della Fiora (2140 m s.l.m), e ad est dalla dorsale Dosso Santo (1838 m s.l.m.) – Monte San Gallo (2054 m s.l.m.) – Pizzo Mortaio (2154 m s.l.m.); la Valle Arcina e la Valle Lavena, percorse dai torrenti omonimi, sono infine separate dalla dorsale di Punta Lavena (2008 m s.l.m).
A valle della confluenza tra i torrenti Travagnolo e Grigna il territorio si restringe notevolmente e presenta una morfologia più accidentata con alvei molto marcati e versanti ripidi fino all’ingresso dell’abitato di Bienno, dove si apre il conoide alluvionale.
La proprietà assestata occupa prevalentemente il settore montano e subalpino, dove dominano le formazioni di conifere ascrivibili alle peccete montane o subalpine ed ai lariceti; le prime sono infatti prevalenti nella Valdaione, in Valle di Travagnolo e nella Val Grigna, i secondi sono frequentemente diffusi alle quote superiori ai 1.500 m s.l.m., in località Arcina, sul versante orientale del Dosso Santo, sul Dosso Figarolo, in località Campolungo. Negli orizzonti superiori dominano pascoli o formazioni arbustive riconducibili ad alnete, soprattutto sui medio-alto versanti lungamente innevati (Dosso della Fiora, Punta Lavena), in stazioni con suoli relativamente ricchi in nutrienti. Nell’orizzonte collinare o submontano si rinvengono querceti, lungo i ripidi versanti soprastanti le forre create dal torrente Grigna, aceri-frasineti, entro le stesse forre, orno-ostrieti, sui versanti ripidi ed esposti prevalentemente a sud nella parte inferiore della Val Grigna, limitati castagneti. Le pinete di pino silvestre, di origine artificiale, sono diffuse a monte dell’abitato di Bienno, sul Dosso del Cerreto; sempre di origine artificiale è la pecceta di sostituzione presente in località Moiette.