Oltre ad essere la regione più orientale d’Italia la Puglia, con circa 800 chilometri di coste è una delle regioni italiane con maggiore sviluppo costiero. Lungo la costa si alternano tratti rocciosi (come sul Gargano), falesie(coste rocciose dalle pareti a picco), ma anche litorali sabbiosi (come lungo il Golfo di Taranto). L’interno della regione è prevalentemente pianeggiante e collinare, senza evidenti contrasti tra un territorio e l’altro. Tuttavia, vi sono otto sub regioni differenti: il Gargano e il Subappennino Dauno sono le uniche zone montuose della Puglia (con rilievi che superano i 1000-1100 metri s.l.m.); il Tavoliere delle Puglie, esteso per 4810 chilometri quadrati, rappresenta la più estesa pianura d’Italia dopo la Pianura Padana; le Murge, un altopiano di natura calcarea posto a sud del Tavoliere che si estende fino alle serre salentine; la Terra di Bari, tra la Murge e il mare Adriatico, è un’area pianeggiante o leggermente ondulata; la Valle d’Itria, situata a cavallo tra le province di Bari, Brindisi e Taranto, si caratterizza da un’alternanza tra vallate e ondulazioni e soprattutto da un’elevatissima popolazione sparsa (questa è la zona di maggior concentrazione di trulli); l’Arco ionico tarantino segue la costa dell’intera provincia, estendendosi dal sistema murgiano, a nord, fino alla penisola salentina, a sud, abbracciando una zona collinare ed una vasta zona costiera pianeggiante.

Alla Puglia appartiene l’arcipelago delle Tremiti, a nord-est al largo della costa garganica, le piccole isole Cheradi, presso Taranto e l’isola di Sant’Andrea dinanzi alla costa di Gallipoli. Dal punto di vista geografico la regione fisica pugliese include anche il piccolo arcipelago di Pelagosa, a nord-est delle Tremiti, che oggi è parte della Croazia.
In tutta la Puglia il clima è tipicamente mediterraneo: le zone costiere e pianeggianti hanno estati calde, ventilate e secche e inverni miti. Le precipitazioni, concentrate durante l’autunno inoltrato e l’inverno, sono scarse e per lo più di carattere piovoso in pianura, mentre sull’altopiano delle Murge sono frequenti le nevicate in caso di correnti fredde da est. In autunno inoltrato e in inverno sono frequenti le nebbie mattutine e notturne nella Capitanata e sulle Murge. Le escursioni termiche tra estate e inverno sono notevolissime nelle pianure interne: nel Tavoliere si può passare dagli oltre 40 °C estivi ai -2 °C / -3 °C delle mattine invernali.

La Puglia conta di 2 Parchi nazionali (il Parco nazionale del Gargano, istituito nel 1991 ed esteso per 118.144 ettari, ed il Parco nazionale dell’Alta Murgia, istituito nel 2006 ed esteso per 67.739), 3 Aree marine protette (Torre Guaceto, le Isole Tremiti e Porto Cesareo), 11 Parchi regionali, 17 Riserve statali e 7 riserve regionali. Inoltre, nell’ambito del Progetto Rete Natura 2000 sono stati proposti 75 Siti di Importanza Comunitaria e 16 Zone di Protezione Speciale. Nonostante la presenza di diversi biotopi, come zone umide (diffuse soprattutto sul versante adriatico), grotte (un esempio sono le Grotte di Castellana), gravine, lame, boschi, le aree protette non superano il 7% della superficie regionale; la superficie boscata occupa il 7,5% del territorio regionale, la percentuale più bassa d’Italia.
Nonostante l’ingente fenomeno di dispersione e distruzione del patrimonio archeologico che colpisce soprattutto il Salento, in Puglia insistono numerosi siti archeologici anche di grandi dimensioni, talvolta di rilevanza internazionale come la cava dei dinosauri ad Altamura, scoperta nel 1999 e contenente circa 30.000 orme di dinosauri risalenti a 70-80 milioni di anni fa; sempre ad Altamura, è stato scoperto l’unico scheletro di Homo arcaicus in Italia (denominato l’Uomo di Altamura). Altri siti archeologici sparsi in tutto il territorio regionale dimostrano la presenza umana dall’età della pietra in poi: tra i più grandi vi sono le antiche città di Egnatia e Canne, mentre molto diffuse sono necropoli, dolmen, menhir, resti di vie consolari (la Via Appia e la Via Traiana) e di altri piccoli insediamenti.