Limita al norte con la provincia de Chubut, mientras que al oeste y sur lo hace con la República de Chile. Hacia el este limita con el Océano Atlántico.
Contrastan dos paisajes, el de meseta árida, propio de la región central; y el montañoso lacustre de la región andino patagónica.
En esta última región, las precipitaciones son superiores a los 500 mm anuales, haciendo posible la existencia de una formación boscosa típica. Por el contrario, la falta de lluvias convierte el centro y este de la provincia en una árida estepa.
En la zona occidental, a lo largo de la Cordillera de los Andes, el clima es de tipo frío húmedo.
En el centro y este, el clima es de tipo árido patagónico: frío, seco y con escasas lluvias que no superan los 200 mm anuales.
En la región cordillerana predominan los bosques de coníferas u otras especies de hojas perennes. Las especies más comunes son el guindo, el ñire y la lenga. Por debajo de los árboles hay arbustos como el calafate. A nivel del suelo se destacan numerosas plantas como las frutillas silvestres, el amancay, orquídeas terrestres y helechos.
En las mesetas que se extienden de los Andes al Océano Atlántico la única vegetación son arbustos (coirón, colapiche) de hojas pequeñas y espinas, y gramíneas que crecen en forma de matas bajas.
En la zona cordillerana se encuentra el zorro patagónico, el hurón, el zorrino, aguila mora, y el cóndor, que es el ave voladora más grande del mundo. En los ríos y lagos, las especies autóctonas son el puyén, el pejerrey patagónico y la perca . Se incorporaron especies europeas como las truchas arcoiris, marrón, de arroyo y el salmón encerrado, que son muy requeridas para la pesca deportiva.
En las mesetas habitan el choique o ñandú petiso patagónico, el guanaco, la mara, roedores de pequeño tamaño, lagartijas y lagartos. En el litoral Atlántico se pueden encontrar lobos marinos de dos pelos, delfines, ballenas francas australes. Entre las aves hay albatros, petreles, pingüinos, gaviotas; y entre la fauna ictícola predomina el salmón de mar, róbalo patagónico, merluzas, sardinas, crustáceos y moluscos.