Als Nordschwarzwald bezeichnet man das nördliche Drittel des Schwarzwaldes, nach einer heute weniger verbreiteten Einteilung auch die nördliche Hälfte.
Der Nordschwarzwald erstreckt sich zwischen den Linien Karlsruhe–Pforzheim im Norden und Renchtal–Freudenstadt im Süden. Die nördliche Begrenzung fällt weitgehend mit dem Auftauchen des flächenhaft bewaldeten Buntsandsteins aus dem agrarischen Kraichgau zusammen, die Südgrenze zum Mittleren Schwarzwald (bzw. bei einer Zweiteilung: zum Südschwarzwald) variiert je nach Definition oder naturräumlicher Gliederung (siehe hierzu auch Schwarzwald). Früher galt als Nordschwarzwald die gesamte nördliche Hälfte des Gebirges bis zur Kinzigtallinie, die den Schwarzwald östlich von Lahr teilt. Westlich wird er begrenzt durch die Oberrheinische Tiefebene, östlich durch die Gäulandschaften.
Der Nordschwarzwald ist nicht deckungsgleich mit der Raumordnungsregion Nordschwarzwald, welche den östlichen Bereich abdeckt.
Der Nordschwarzwald überragt mit eher kantigen, teils trapezförmigen Gipfelprofilen die Rheinebene um mehr als 1000 m , dagegen verläuft die Ostabdachung allmählich und mit geringer werdenden Höhenunterschieden. Höchste Erhebung ist die Hornisgrinde mit 1163 m ü. NHN . Mit einem durchschnittlichen Anteil von 73 % Wald an der gesamten Fläche ist der Nordschwarzwald der am geschlossensten bewaldete Teil des Schwarzwaldes. Auf den Hochflächen erstrecken sich verbreitet die Grinden, baumfreie Feuchtheiden. Geologisch herrscht im Nordschwarzwald der Buntsandstein vor, wobei im stark zertalten Westen überwiegend der Grundgebirgssockel aus Gneisen zu Tage tritt. Darin eingedrungene Granite (z.B. Forbachgranit) und Porphyre treten durch besondere Klippenbildungen hervor. Die Höhenbereiche des Nordschwarzwalds gehören zu den niederschlagsreichsten Regionen der deutschen Mittelgebirge (bis 2.200 mm/a). Bedeutendste Flüsse sind Murg, Nagold, Enz, Alb, Acher, Rench, Oos und Wolf (nur Oberlauf).
Seit 2001 ist der Naturpark Schwarzwald Mitte/Nord eingerichtet, der unter anderem den gesamten Nordschwarzwald umfasst. Darüber hinaus ist ein ca. 10.000 Hektar großes Gebiet seit dem 1. Januar 2014 als Nationalpark Schwarzwald ausgewiesen. Viel besuchte touristische Ziele sowie Wintersportgebiete abseits der unten genannten Städte sind die Schwarzwaldhochstraße und Kaltenbronn.
Zahlreiche Karseen im Nordschwarzwald sind Spuren eiszeitlicher Gletscherbildungen. Der bekannteste ist der Mummelsee an der Hornisgrinde. Weitere Karseen sind Ellbachsee, Herrenwieser See, Huzenbacher See, Sankenbachsee, Schurmsee und der Wildsee bei Ruhestein. Viele von ihnen wurden zusätzlich aufgestaut, um Schwallwasser für die bis ins 19. Jahrhundert übliche Holztrift zu liefern. Weitere ehemalige Karseen sind bereits verlandet.
Der Hohlohsee und der Wildsee bei Gernsbach-Kaltenbronn sind Hochmoorseen auf den Hochflächen zwischen Murg- und Enztal, die alleine aus den örtlichen Niederschlägen gespeist werden.
Mehrere Talsperren liegen im Nordschwarzwald. Die Schwarzenbachtalsperre und die Murgtalsperre gehören zum Rudolf-Fettweis-Werk, einem Pumpspeicher- und Laufwasserkraftwerk in Forbach. Die Nagoldtalsperre reguliert den Wasserstand der Nagold. Die Talsperre Kleine Kinzig dient der Trinkwasserversorgung, Wasserregulierung und Stromerzeugung.