В соответствии с системой географических координат, Япония лежит на 36° к северу от экватора и на 138° к востоку от гринвичского меридиана. Страна располагается к северо-востоку от Китая и Тайваня (отделена от них Восточно-Китайским морем) и строго на востоке от Кореи (отделена Японским морем). Севернее Японии находится Дальний Восток, географическая область России.

Крупнейшие острова архипелага (с севера на юг): Хоккайдо, Хонсю, Сикоку и Кюсю. Также в состав страны входят 6 848 меньших островов, включая Окинаву, некоторые из них обитаемы, а некоторые — нет. 

Япония занимает около 377,9 тыс. км; (2006), из которых 364,4 тыс. км² составляет суша, а 13,5 тыс. км² — водное пространство. Япония по своему размеру больше, чем Германия, Малайзия, Новая Зеландия и Великобритания, она в 1,7 раз больше Кореи и в 10 — Тайваня.

Общая протяжённость береговой линии — 19 240 км (2008), крупнейшие полуострова: Кии и Осима. Южные острова Рюкю окаймлены коралловыми рифами.

Япония покрыта возвышенностями и низкими и средневысотными горами, они составляют свыше 75 % территории страны. Низменности располагаются отдельными участками вдоль побережий страны. Крупнейшая низменность — Канто, занимающая около 17 000 км².

Основные хребты Хоккайдо являются продолжением цепей Сахалина и Курильских островов. Они протягиваются с севера на юг и с северо-востока на юго-запад. Высочайшая точка острова — гора Асахидакэ (2290 м), расположена в районе их пересечения.

В северной части острова Хонсю находятся три продольные цепи средневысотных гор, разделённые долинами и котловинами.

 Осевое положение занимает хребет Оу, к востоку от него расположены хребты Китаками и Абукума, а к западу — хребты Дева и Этиго; центральные и западные цепи увенчаны вулканами. В средней части остров пересекает зона разломов под названием Фосса-Магна (длиной около 250 км), над которой возвышается ряд вулканов, в том числе самый высокий в Японии — Фудзияма (3776 м).

 В центральной части Хонсю расположены Японские Альпы — хребты Хида, Кисо и Акаиси, вершины которых большую часть года покрыты снегом. На юго-западе в пределах тектонического понижения находится равнина Кинки и озеро Бива.

 Две полосы гор — северная (внутренняя), протягивающаяся по оси западной части Хонсю, и южная (внешняя) — на полуострове Кии, островах Сикоку и Кюсю, разделяются этим тектоническим понижением, на западном продолжении которого расположено Внутреннее Японское море.

Наибольшая высота острова Сикоку — гора Исидзути (1981 м), острова Кюсю — вулкан Кудзю (1788 м). На островах Рюкю преобладают плато и низкогорья.

В Японии практически нет полезных ископаемых, их запасы по данным на 1976 год составляли: уголь — 8630 млн т; железные руды — 228 млн т; сера — 67,6 млн т; марганцевые руды — 5,4 млн т; свинцово-цинковые — 4,7 млн т; нефть — 3,8 млн т; медные руды — 2,0 млн т; хромиты — 1,0 млн т, а также золото, серебро и ртуть.

Япония покрыта густой сетью коротких полноводных рек, в основном горных. Среди них крупнейшими являются Синано, Тонэ, Китаками и Исикари. На реках бассейна Японского моря отмечается зимне-весеннее половодье, на реках бассейна Тихого океана — летнее; периодически бывают наводнения, особенно в результате прохождения тайфунов. 

Воды многих рек используются для орошения. Озёра многочисленны и разнообразны по происхождению: крупнейшее в Японии озеро Бива (площадь 716 км²) расположено в тектонической впадине, также встречаются вулканические (Инавасиро, Товада, Куттяро) и лагунные (Касумигаура, Сарома) озёра.

Япония относится к температурной зоне с четырьмя отличающимися сезонами, но её климат колеблется от низких температур на севере до субтропических — на юге. Климат также зависит от сезонных ветров, дующих с континента зимой и в обратном направлении — летом.

Японию можно условно разделить на шесть климатических зон:

Хоккайдо относится к зоне низких температур, для него характерны долгая морозная зима и прохладное лето.

В Японском море северо-восточный сезонный ветер зимой приносит сильные снегопады. Летом менее тепло, чем в зоне Тихого океана, но иногда наблюдаются экстремально-высокие температуры вследствие феномена фёна.

Климат Центральной возвышенности представляет собой типичный островной климат с большим разбросом температуры зимой и летом, ночью и днем.

В зоне Внутреннего Японского моря климат умеренный благодаря тому, что горы в регионах Тюгоку и Сикоку блокируют сезонные ветры.

Для зоны Тихого океана характерны холодные зимы с редкими снегопадами, а также обычно жаркое и влажное лето во время южно-восточного сезонного ветра.

Юго-западные острова — зона с субтропическим климатом. Зима тёплая, лето жаркое. Уровень осадков очень высок, что выражается в существовании сезона дождей и возникновении тайфунов.

Японские острова входят в систему тихоокеанского вулканического огненного кольца. Десять процентов мировой вулканической активности в начале 1990-х было зарегистрировано в Японии. До 1500 землетрясений каждый год, магнитудой от 4 до 6 не являются чем-то необычным. Небольшие землетрясения происходят ежедневно в разных частях страны, вызывая вздрагивание зданий.

Япония пережила несколько крупнейших землетрясений:

1 сентября 1923 года произошло великое землетрясение Канто (магнитуда 8,3), наиболее пострадавшие города Токио и Йокогама — погибли сотни тысяч (542 тысячи человек до сих пор числятся пропавшими без вести, 143 тысячи человек — погибшими), около миллиона осталось без крова в результате возникших пожаров.

17 января 1995 года произошло землетрясение в Кобе (магнитуда 7,3), погибло 6 434 человек.

11 марта 2011 года у северо-восточного побережья произошло одно из самых крупных в истории Японии землетрясений магнитудой 9. Землетрясение вызвало разрушительное цунами. Больше всего пострадала префектура Мияги и город Сендай, где высота гребня волны достигла 10 м. На побережье города Сендай были найдены от 200 до 300 тел погибших.

С 11 по 25 марта 2011 года в Японии произошла волна землетрясений, магнитудой от 1 до 9. По словам очевидцев, во многих городах трясло практически постоянно. Все эти землетрясения вызвали несколько мощных волн, обрушившихся на Японию. Высота волн была от 3 до рекордных 10 метров. Под удар волн попала АЭС Фукусима-1, в результате чего на ней произошла авария, ставшая самой серьёзной после аварии на Чернобыльской АЭС.

Эти события называют самым большим кризисом в Японии со времён второй мировой войны. Из-за частых землетрясений Япония стала мировым лидером по изучению и предсказанию землетрясений. Открытия в современных технологиях позволяют строить небоскрёбы даже в сейсмоактивных зонах.

Другой природной опасностью являются тайфуны (яп. 台風 тайфу?), которые приходят в Японию из Тихого океана.

Леса покрывают свыше 66 % страны. Флора Японии насчитывает более 700 видов деревьев и кустарников и около 3000 видов трав.

На Хоккайдо преобладают хвойные леса из ели и пихты с густыми зарослями бамбука в подлеске. С высотой лес постепенно заменяется зарослями кедрового стланика и березняка, травянисто-кустарниковыми формациями и кустарниковыми пустошами. На севере острова верхняя граница хвойных лесов составляет 500 м, в южных районах они сменяются листопадными широколиственными лесами. На юго-западе Хоккайдо широколиственные леса поднимаются от побережья до высоты 500 м.

На Хонсю также распространены листопадные широколиственные леса, там растут дуб, бук, клён, каштан, ясень, липа и т. д. Они поднимаются до высоты в 1800 м, а хвойные леса заканчиваются на высоте 1800—2000 м. Нижние части склонов гор Хонсю к югу от 38° северной широты и склоны гор на островах Сикоку и Кюсю до высоты 800 м покрывают вечнозелёные субтропические леса (с участием вечнозелёного дуба, магнолий, камфорного дерева, криптомерий, японского кипариса и др.) с богатым подлеском и обилием лиан. На крайнем юге Кюсю и островах Рюкю до высоты 300 м распространены муссонные леса, в которых встречаются пальмы, фикусы, древовидные папоротники, бамбук, орхидеи.

Из-за островной изоляции Японии животный мир несколько обеднён по сравнению с материковым (а формы измельчены), но в стране сохранилось много эндемичных и реликтовых видов. Её фауна насчитывает 270 видов млекопитающих, около 800 видов птиц и 110 видов пресмыкающихся. В морях, омывающих страну, обитает свыше 600 видов рыб и более 1000 видов моллюсков. Из-за горного рельефа в основном преобладают виды, приспособленные к жизни в горных лесах.

На острове Хоккайдо встречаются бурый медведь, соболь, горностай, ласка. Кроме того, там и на острове Хонсю обитают волки, лисицы, барсуки, енотовидные собаки, выдры и зайцы. Южнее Сангарского пролива живут чёрные медведи, японские макаки, антилопы, исполинские саламандры. К югу от пролива Тогара в Японии обитает тропическая фауна.

Из птиц встречаются дятел, дрозд, синица, ласточка, скворец, тетерев, журавли, аист, ястреб, орёл, совы, у берегов много морских птиц. Пресноводные рыбы — карп, сом, угорь, миноги; искусственно разводят угрей и лососёвых, в том числе форель. Промысловые рыбы прибрежных вод: тихоокеанская сельдь, иваси, тунец, треска, камбала. Есть также крабы, креветки, устрицы.

Почвы Японии плохо пригодны для земледелия без их предварительной обработки. На севере страны распространены подзолистые и лугово-болотные почвы, в южной части умеренного пояса — бурые лесные почвы, в субтропиках и тропиках — желтозёмы и краснозёмы. В горах почвы преимущественно щебнистые, часто с включениями вулканических пеплов, на равнинах — окультуренные аллювиальные почвы.

Экологическая история Японии и современная политика страны отражает баланс между экономическим развитием и охраной окружающей среды. В период быстрого экономического роста после Второй мировой войны уменьшается внимание к экологической политике со стороны правительства и промышленных корпораций. 

Как неизбежное следствие этого — сильнейшее загрязнение окружающей среды в 1950-х и 1960-х. В связи с растущей обеспокоенностью по этому поводу в 1970 году правительство приняло природоохранное законодательство, и в 1971 году было создано Управление по охране окружающей среды. 

Нефтяной кризис 1973 года также поощрил эффективное использование энергии в связи с отсутствием в Японии природных ресурсов. К текущим приоритетным экологическим проблемам относятся загрязнение воздуха в городах (оксиды азота, токсичные вещества), утилизация отходов, эвтрофикация вод, охрана природы, изменение климата, а также международное сотрудничество в целях сохранения окружающей среды.

Современная Япония является одним из мировых лидеров в разработке новых экологически чистых технологий. Гибридные автомобили Honda и Toyota имеют высокую топливную экономичность и низкие выбросы. Это связано с передовой технологией в гибридных системах, биотопливом, использованием более лёгкого материала и лучшей техники.

Япония рассматривает также вопросы, связанные с изменением климата и глобальным потеплением. Как страна, подписавшая Киотский протокол, Япония приняла обязательства по сокращению выбросов двуокиси углерода и другие меры предупреждения, связанные с изменением климата. Выполняя свои обязательства по Киотскому протоколу, Япония готовится сильно сократить выбросы парниковых газов.

Япония занимала в 2005 году 30 место по индексу экологической устойчивости.

11 марта 2011 года в результате сильнейшего землетрясения за всю историю наблюдений в стране произошла утечка радиации на АЭС «Фукусима I» в префектуре Фукусима. Уровень радиации превышен более чем в 8 раз.