西藏海拔平均在4,000米以上，素有"世界屋脊"之称。境内海拔在7,000米以上的高峰有50多座，其中8,000米以上的有11座，被称为除南极、北极以外的"地球第三极".全区为喜马拉雅山脉、昆仑山脉和唐古拉山脉所环抱。地形地貌复杂多样，可分为四个地带：
　　一是藏北高原，位于昆仑山脉、唐古拉山脉和冈底斯—念青唐古拉山脉之间，长约2,400公里，宽约700公里，占自治区总面积的1/3,为一系列浑圆而平缓的山丘，其间夹着许多盆地，低处长年积水成湖，是西藏主要的牧业区。
　　二是藏南谷地，海拔平均在3,500米左右，在雅鲁藏布江及其支流流经的地方，有许多宽窄不一的河谷平地，谷宽一般7至8公里，长70至100公里，地形平坦，土质肥沃，是西藏主要的农业区。
　　三是藏东高山峡谷，即藏东南横断山脉、三江流域地区，为一系列由东西走向逐渐转为南北走向的高山深谷，北部海拔5,200米左右，山顶平缓，南部海拔4,000米左右，山势较陡峻，山顶与谷底落差可达2,500米，山顶终年积雪，山腰森林茂密，山麓有四季常青的田园，景色奇特
　　四是喜马拉雅山地，分布在我国与印度、尼泊尔、不丹、锡金等国接壤的地区，由几条大致东西走向的山脉构成，平均海拔6,000米左右，是世界上最高的山脉，山区内西部海拔较高，气候干燥寒冷，东部气候温和，雨量充沛，森林茂密。
　　西藏的气候独特而复杂多样，总体上具有西北严寒、东南温暖湿润的特点，呈现出由东南向西北的带状分布，即：亚热带—温带—亚温带—亚寒带—寒带；湿润—半湿润—半干旱—干旱。由于地形复杂，还有多种多样的区域气候及明显的垂直气候带。西藏气候总的特点是：日照时间长，辐射强烈；气温较低，温差大；干湿分明，多夜雨；冬春干燥，多大风；气压低，氧气含量少。
　　西藏由于海拔高，空气稀薄，水汽、尘埃含量少，纬度又低，是我国太阳辐射总量最多的地方，日照时数也是全国的高值中心，并呈现出由藏东南向藏西北逐渐增多的特点。太阳辐射的年变程，以1月最小，6月或7月最大。全区年均日照时数达1,620至3,400小时之间，西部地区则多达3,000至3,400小时。西藏地区平均气温由东南向西北逐渐递减，全区年均温度在零下2.8℃到11.9℃之间，温差较大。最温暖的东南地区年均温度约10℃左右，雅鲁藏布江河谷地带年均温度在5℃至9℃之间，东部横断山脉地带，月均温度在10℃以上的时间有5个月左右，藏北高原年均温度在0℃以下，喜马拉雅山脉及其北麓山地年均温度在6℃以下。
　　西藏年降水量在74.8至901.5毫米之间，地区分布极为不均，由东南向西北递减。总的分布趋势是东多西少，南多北少，迎风坡多于背风坡，东南湿润，西北干燥。雨季分明。雨量集中在6至9月，可占全年降水量的80%至90%.以气温和降水为主要依据，可把西藏自治区划分为不同的气候区，即：藏东南亚热带山地湿润气候区；波密、林芝高原温暖湿润气候区；三江高原温暖半湿润气候区；雅鲁藏布江流域高原温带半湿润半干旱气候区；喜马拉雅山脉北麓高原温带半干旱气候区；阿里南部高原温带干旱气候区；藏东北高原亚温带湿润气候区；南羌塘高原亚寒带半干旱气候区；北羌塘高原亚寒带干旱气候区。