Más de la mitad del territorio corresponde a la península italiana, un largo brazo del continente europeo. Tiene forma de bota y se extiende siguiendo dirección sureste hacia el mar Mediterráneo. De noroeste a sureste, tiene una longitud de aproximadamente 1.145 km, a los que hay que sumar la extremidad meridional de la península, que sigue dirección norte-sur, lo que da un total de 1.360 km. La anchura máxima es de 610 km, en el norte y de 250 km en la franja peninsular. En la frontera septentrional se encuentran los Alpes, que forman un gran arco que abarca el territorio comprendido entre Ventimiglia, en la parte occidental, y Gorizia, en la oriental. Entre sus cumbres de mayor altitud se encuentran el monte Cervino (4.478 m) y el monte Rosa (4.634 m). El pico más elevado de Italia se halla cerca de la cumbre del Mont Blanc, en la frontera entre Italia, Francia y Suiza. La cumbre propiamente dicha, es decir, el Mont Blanc, se encuentra en territorio de Francia y alcanza los 4.810 m de altura. Entre los Alpes y los montes Apeninos, que forma la columna vertebral de la península, se extiende la llanura de Lombardía, donde se encuentra el valle del río Po. Los Apeninos septentrionales se extienden desde los Alpes Marítimos a lo largo del golfo de Génova hasta las fuentes del río Tíber. El monte Cimone, con sus 2.163 m de altura, es la cumbre más elevada de los Apeninos septentrionales. La sección central de los Apeninos, que parte del Tíber, está formada por varias cadenas montañosas. En la parte oriental de estos abruptos montes se encuentra el monte Corno Grande (2.912 m), la más alta de las cumbres apeninas. Los Apeninos meridionales se estrechan hacia el sureste desde el valle del río Sangro hasta la costa del golfo de Tarento, donde siguen una dirección aún más al sur. Entre las cimas más altas de la cadena apenina, en la península de Calabria, en la sección meridional del país, se encuentran Botte Donato (1.929 m) y Motalto (1.957 m). Los Apeninos forman la línea divisoria de aguas de la península italiana. Las zonas que quedan por debajo de estas elevaciones se conocen como la región subalpina.

Sólo un tercio del total de la superficie de Italia es llana, siendo la llanura de Lombardía la que ocupa la mayor parte de territorio. La costa del Adriático septentrional es baja y de playas arenosas. De aguas poco profundas, excepto en Venecia, no es posible el acceso de barcos oceánicos. Desde un lugar cercano a Rímini, siguiendo dirección sur, la costa oriental de la península presenta un perfil dentado a causa de las prolongaciones de los Apeninos que llegan hasta el mar. Sin embargo, la parte central de la costa occidental, presenta tres brazos de tierra baja y pantanosa: la Campaña de Roma, la Llanura pontina y la Maremma.

La costa occidental del país, con sus numerosas bahías y golfos, proporciona un entorno natural especialmente útil para el fondeo de embarcaciones. En el noroeste se halla el golfo de Génova, cuyo principal puerto comercial es la ciudad de Génova. Nápoles, otra de las ciudades portuarias más importantes de la costa occidental se encuentra en la bella bahía homónima, a los pies del volcán Vesubio. Un poco más al sur, se encuentra la ciudad de Salerno, justo a la entrada del golfo del mismo nombre. El extremo suroriental de la península presenta un contorno muy quebrado en el golfo de Tarento que separa el llamado tacón de Italia (antigua Calabria) de la puntera (actual Calabria). El sistema montañoso de los Apeninos se alarga hasta atravesar el estrecho de Messina para acabar en la isla de Sicilia, donde se encuentra el volcán Etna, que alcanza los 3.323 m de altura. En la isla Stromboli, una de las que forman las islas Eolias, situadas al noreste del estrecho de Messina, existe otro volcán activo. Además de la actividad volcánica en Italia existe el riesgo de frecuentes seísmos, aunque de baja intensidad, sobre todo en las regiones meridionales.

De los numerosos ríos que recorren su superficie los principales son el Po y el Adigio. El Po, de 652 km de longitud, es navegable desde Turín hasta su desembocadura en el mar Adriático. Con sus tributarios forma una red de vías fluviales interiores de aproximadamente 965 km. El Adigio, de 410 km de longitud, penetra en Italia después de haber recorrido la provincia austríaca de Tirol y, siguiendo un recorrido hacia el este, al igual que el Po, desemboca en el Adriático. Ambos ríos presentan un cauce lento que facilita la acumulación de sedimentos aluviales en su lecho haciendo que sean menos profundos.

En general, los ríos italianos son poco profundos y a menudo se secan en el verano, por lo que no son importantes de cara a la navegación o la industria. Los principales ríos peninsulares son el Arno, el Tíber y el Po. Desde su nacimiento en los Apeninos, el Arno fluye en dirección oeste a lo largo de 240 km a través de un valle agrícola intensamente explotado y de las ciudades de Florencia y Pisa. El Tíber nace cerca del Arno y pasa por Roma. Tanto en la región septentrional como en la peninsular abundan los lagos. Los más importantes de la Italia septentrional son el Garda, el Mayor, el Como y el de Lugano; entre los peninsulares, mucho más pequeños que los primeros, se encuentran el Trasimeno, el Bolsen y el Bracciano.

La nota definitoria del clima italiano es la diversidad, con oscilaciones que van del frío glaciar en las cumbres más altas de los Alpes y los Apeninos hasta el clima semitropical de las zonas costeras del mar de Liguria y las costas más bajas de la parte occidental de la península. La temperatura media, que oscila entre los 11 ºC y los 19 ºC, es de 13 ºC en el valle del Po, de unos 18 ºC en Sicilia y de 14,5 ºC en las costas más bajas. Las condiciones climáticas varían considerablemente de una región a otra, fundamentalmente como resultado de la presencia de los Apeninos y de la influencia de los vientos templados que soplan desde los mares. En las regiones más bajas y las laderas inferiores de los Apeninos que bordean las costas occidentales desde la Toscana septentrional hasta las proximidades de Roma, los inviernos son templados y soleados, con presencia de brisas frías del Mediterráneo que evitan las temperaturas demasiado extremas. En la parte oriental, las temperaturas alcanzan niveles más bajos debido a la acción de los vientos del noreste. En la vertiente oriental de los Apeninos el clima es especialmente desapacible. En la región más baja, situada por debajo de Roma, las condiciones climáticas son parecidas a las del sur de España. A diferencia de lo que ocurre en la Italia meridional y la zona del golfo de Génova, donde prevalece el clima semitropical, en las llanuras de Lombardía domina el clima continental, con veranos templados e inviernos muy fríos con temperaturas que descienden hasta los -15 ºC debido a que los Apeninos impiden la llegada de los vientos procedentes del mar. Las precipitaciones se concentran en los meses de otoño e invierno que es cuando soplan los vientos del oeste. La zona que registra una media anual de pluviosidad más baja, alrededor de 460 mm, es la provincia apuliana de Foggia, en el sur, y la Sicilia meridional; mientras que las más elevadas, aproximadamente 1.525 mm, corresponden a la provincia de Udine, en el noreste.

Italia es muy pobre en recursos naturales. Gran parte del territorio no es aprovechable para la explotación agrícola por ser montañoso o bien por las adversas condiciones climáticas. Ni siquiera cuenta con recursos naturales básicos como el carbón. La riqueza minera se sustenta en productos como el gas natural, el petróleo, el lignito, el azufre y la pirita, y en menor grado en el plomo, el manganeso, el cinc, el mineral de hierro, el mercurio y la bauxita. Muchos de estos yacimientos se encuentran en las islas de Sicilia y Cerdeña, aunque la mayoría ya estaban casi agotados a principios de la década de 1990. Sin embargo, Italia posee una gran riqueza de mármol, utilizado fundamentalmente en el sector de la construcción. Pero el sector en el que destaca de manera especial es el de la pesca, sobre todo en especies como la sardina, el atún y el boquerón. En cuanto a las especies de agua dulce, destacan las anguilas y las truchas.

La flora de las tierras bajas de la parte central y meridional de Italia es típicamente mediterránea, con presencia de olivos, naranjos, limoneros, palmeras y cidros. En la zona sur también son característicos la higuera, la palmera datilera, el granado y el almendro, además de la caña de azúcar y el algodón. La vegetación de los montes Apeninos es similar a la de Europa central, con abundancia de castaños, cipreses y robles en las laderas más bajas, mientras que las zonas situadas a mayor altura están cubiertas de bosques de pinos y abetos. La fauna italiana es más pobre que la de otras áreas similares de Europa. En la región alpina habitan, aunque no son muy abundantes, marmotas, gamuzas e íbices. El oso, que en tiempos pasados era muy abundante, está prácticamente extinguido, mientras que el lobo y el jabalí pueblan las regiones montañosas, así como el zorro, del que existen un gran número de ejemplares. Entre las aves rapaces, que habitan principalmente en las montañas, se encuentran el buitre, el águila ratonera, el halcón y el milano. Por todo el país se encuentran la codorniz, la becada, la perdiz y varias especies de aves migratorias. Entre los reptiles destacan varios tipos de lagartijas y serpientes y tres especies de víboras venenosas. También son abundantes los escorpiones.

La contaminación industrial y la urbana son cuestiones importantes en Italia. Las emisiones de dióxido de azufre que se han relacionado con problemas de salud y daños a los edificios, han bajado desde 1970, pero los avances en la limpieza del aire se han desarrollado más lentamente que en otros países europeos. Se espera que la situación mejore a medida que se pongan en práctica directivas de la Unión Europea (UE) y los Protocolos sobre el azufre de la Comisión Económica para Europa (ECE) de la Organización de las Naciones Unidas (ONU). No obstante, las emisiones de óxido de nitrógeno siguen creciendo en función del continuo crecimiento del sector transportes. Los coches eléctricos se están convirtiendo en una solución popular para los problemas de calidad del aire en las áreas urbanas. Hasta el 10% de los bosques de Italia se han visto dañados por la contaminación del aire. Los niveles de contaminación del agua por productos químicos y desechos humanos son elevados en algunos ríos y en el mar Adriático. Los niveles extremos de 1988 y 1989 provocaron una amplia eutrofización del entorno marino en esta región, y el Gobierno declaró una situación de emergencia al respecto.

Italia genera poco más de un cuarto de la energía que consume, basándose principalmente en combustibles fósiles importados. El programa de energía nuclear fue abandonado por la oposición pública tras el accidente de 1986 en Chernóbil, Ucrania. Ahora se utilizan diferentes alternativas de energía, incluido el metano para quemar en plantas térmicas, la cogeneración y las celdas de combustible.

La conservación de la naturaleza se ha practicado en Italia desde la época de los romanos. Hasta la fecha actual hay cinco parques nacionales, con administración independiente. Además, hay muchos otros tipos de áreas protegidas más pequeñas. La ausencia de un sistema nacional de áreas protegidas con una administración centralizada ha obstaculizado los esfuerzos por crear nuevas reservas y proteger legalmente a las existentes. En conjunto, las áreas protegidas cubren aproximadamente el 11,2% (2003) del país, si bien varía el grado y el tipo de protección. Italia, como muchas otras naciones europeas, tiene el objetivo final de proteger el 10% de su territorio. Bajo este criterio se han declarado dieciocho reservas, tres de ellas ya designadas como reservas de biosfera bajo el programa El Hombre y la Biosfera de la UNESCO.

En 1988 se completó un inventario forestal de toda la nación. El Gobierno incentiva la conservación de los bosques y la plantación de árboles. Cerca del 34% (2000) del país tiene bosques, de los que el 42% se gestiona para cultivo de árboles y sólo un cuarto es bosque maduro. La gestión privada maneja una importante proporción de los bosques. La biomasa forestal ha crecido en los últimos años debido a una menor intrusión humana en los hábitats de montaña. Desde principios de la década de 1980, Italia dispone de leyes y regulaciones completas que protegen el mar y las costas, si bien la puesta en práctica ha sido irregular.

Italia ha ratificado numerosos acuerdos medioambientales internacionales, incluido el Convenio sobre el Patrimonio de la Humanidad y los relativos a contaminación atmosférica, Protocolo Medioambiental del Antártico, Tratado del Antártico, biodiversidad, cambios climáticos, especies en peligro de extinción, cambios medioambientales, residuos peligrosos, leyes del mar, vertido de residuos al mar, prohibición de realizar ensayos nucleares, capa de ozono, contaminación naval, madera tropical, humedales y caza de ballenas. A nivel regional, Italia participa en la Directiva europea sobre Aves Silvestres y en el Consejo de Europa (CE), bajo el que se han designado 37 reservas biogenéticas. Bajo el Plan de Acción del Mediterráneo existen diez áreas marinas especialmente protegidas. También hay varios parques transfronterizos con Francia y Suiza.