坦尚尼亞位於非洲東部，赤道以南，由大陸、桑給巴爾島（溫古賈島）、奔巴島和20多個小島組成，大陸東臨印度洋，南接尚比亞、馬拉威和莫三比克，西鄰盧安達、蒲隆地和薩伊，北界肯亞和烏干達。大陸海岸線長840多公里。地勢東南低、西北高，呈階梯狀。沿海為低地，內陸是東非高原的一部分，平均海拔1200米。裂谷帶從馬拉威湖分東、西兩支縱貫南北。東北部吉力馬札羅山的基博峰海撥5895米，為非洲最高峰。
高原湖泊、河流眾多，主要河流有魯伍馬河、魯菲季河、潘加尼河、馬拉加臘西河等。境內形成了星羅棋布的湖泊群，非洲最著名的湖泊多集中在這裡，自北而南有維多利亞湖（非洲第一大湖，世界第二大淡水湖）、坦噶尼喀湖（非洲第二大湖，也是非洲最深的湖，世界第二深湖，最深處1435米）和馬拉威湖（非洲第三大湖，世界第四深湖）等界湖。此外，還有魯夸湖、埃亞西湖、馬尼亞臘湖和納特龍湖等。
東部沿海地區和部分低地屬熱帶草原氣候，西部內陸高原屬熱帶山地氣候，桑給巴爾、奔馬及馬菲亞等島屬熱帶海洋性氣候，終年濕熱。大部分地區年平均氣溫21℃~25℃。3~6月為雨季，6~9月為涼季，10月至次年2月為熱季。
礦產資源較貧乏，已探明的主要礦藏為：鑽石礦、金礦、煤、鐵、磷酸鹽、天然氣。
森林面積占土地總面積的45%，其中14.5%為森林保護區，出產安哥拉紫檀、烏木、樟木等名貴木材。水產和水力資源均較豐富。