西藏海拔平均在4,000米以上，素有"世界屋脊"之稱。境內海拔在7,000米以上的高峰有50多座，其中8,000米以上的有11座，被稱為除南極、北極以外的"地球第三極".全區為喜馬拉雅山脈、昆侖山脈和唐古拉山脈所環抱。地形地貌復雜多樣，可分為四個地帶：
　　一是藏北高原，位于昆侖山脈、唐古拉山脈和岡底斯—念青唐古拉山脈之間，長約2,400公里，寬約700公里，占自治區總面積的1/3,為一系列渾圓而平緩的山丘，其間夾著許多盆地，低處長年積水成湖，是西藏主要的牧業區。
　　二是藏南谷地，海拔平均在3,500米左右，在雅魯藏布江及其支流流經的地方，有許多寬窄不一的河谷平地，谷寬一般7至8公里，長70至100公里，地形平坦，土質肥沃，是西藏主要的農業區。
　　三是藏東高山峽谷，即藏東南橫斷山脈、三江流域地區，為一系列由東西走向逐漸轉為南北走向的高山深谷，北部海拔5,200米左右，山頂平緩，南部海拔4,000米左右，山勢較陡峻，山頂與谷底落差可達2,500米，山頂終年積雪，山腰森林茂密，山麓有四季常青的田園，景色奇特
　　四是喜馬拉雅山地，分布在我國與印度、尼泊爾、不丹、錫金等國接壤的地區，由幾條大致東西走向的山脈構成，平均海拔6,000米左右，是世界上最高的山脈，山區內西部海拔較高，氣候干燥寒冷，東部氣候溫和，雨量充沛，森林茂密。
　　西藏的氣候獨特而復雜多樣，總體上具有西北嚴寒、東南溫暖濕潤的特點，呈現出由東南向西北的帶狀分布，即：亞熱帶—溫帶—亞溫帶—亞寒帶—寒帶；濕潤—半濕潤—半干旱—干旱。由于地形復雜，還有多種多樣的區域氣候及明顯的垂直氣候帶。西藏氣候總的特點是：日照時間長，輻射強烈；氣溫較低，溫差大；干濕分明，多夜雨；冬春干燥，多大風；氣壓低，氧氣含量少。
　　西藏由于海拔高，空氣稀薄，水汽、塵埃含量少，緯度又低，是我國太陽輻射總量最多的地方，日照時數也是全國的高值中心，并呈現出由藏東南向藏西北逐漸增多的特點。太陽輻射的年變程，以1月最小，6月或7月最大。全區年均日照時數達1,620至3,400小時之間，西部地區則多達3,000至3,400小時。西藏地區平均氣溫由東南向西北逐漸遞減，全區年均溫度在零下2.8℃到11.9℃之間，溫差較大。最溫暖的東南地區年均溫度約10℃左右，雅魯藏布江河谷地帶年均溫度在5℃至9℃之間，東部橫斷山脈地帶，月均溫度在10℃以上的時間有5個月左右，藏北高原年均溫度在0℃以下，喜馬拉雅山脈及其北麓山地年均溫度在6℃以下。
　　西藏年降水量在74.8至901.5毫米之間，地區分布極為不均，由東南向西北遞減。總的分布趨勢是東多西少，南多北少，迎風坡多于背風坡，東南濕潤，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%.以氣溫和降水為主要依據，可把西藏自治區劃分為不同的氣候區，即：藏東南亞熱帶山地濕潤氣候區；波密、林芝高原溫暖濕潤氣候區；三江高原溫暖半濕潤氣候區；雅魯藏布江流域高原溫帶半濕潤半干旱氣候區；喜馬拉雅山脈北麓高原溫帶半干旱氣候區；阿里南部高原溫帶干旱氣候區；藏東北高原亞溫帶濕潤氣候區；南羌塘高原亞寒帶半干旱氣候區；北羌塘高原亞寒帶干旱氣候區。