Subregión noroeste, limita al Norte con la provincia de Salta, al noreste con Tucumán, al este con Santiago del Estero, al suroeste con La Rioja, al Sur con Córdoba y al Oeste con Chile.

Posee un relieve montañoso, más elevado en el oeste. Se destacan 3 zonas geológicamente diferenciadas:
La puna: ocupa la porción norte de la provincia, con cordilleras elevadas como la de Calalaste, grandes salares e imponentes volcanes, como los de Antofalla.
La cordillera central: ocupa el sudoeste de la provincia. Presenta cumbres elevadas como el Monte Pissis (de 6882 m), Ojos del Salado (de 6864 m), y el Tres Cruces (de 6749 msnm)
Sierras Pampeanas: ocupan el resto de la provincia. Presenta un conjunto de sierras antiguas que forman cordones, y salares como el de Pipanaco.

Su clima integra la región semiárida argentina. En la provincia se distinguen dos tipos de climas el cálido y árido.

La vegetación corresponde al desierto y semidesierto, según la zona. En las cercanías de ríos y arroyos puede observarse un cambio en la flora. Posee también, una franja selvática perteneciente al bioma de "Yungas".