立陶宛位于波罗的海的东海岸，面积约65300平方公里（25200平方英里）。是波罗的海国家中面积最大、人口最多的国家，1989年，法国国家地理林业信息研究所的研究人员量测欧洲大陆的边界，认定欧洲的地理中心（英语：Geographical midpoint of Europe）位于立陶宛首都维尔纽斯北方约26公里处（54°54′N 25°19′E / 54.900°N 25.317°E / 54.900; 25.317 (Purnuškės (centre of gravity))）。
立陶宛北部与拉脱维亚接壤，两国共有453公里的边界。东部和南部与白俄罗斯接壤，边界绵延502公里。南部与波兰的边界较短，只有91公里。另与俄罗斯的加里宁格勒地区有227公里的边界。领土范围在北纬56度27分至53度53分，东经20度56分至26度50分之间。
立陶宛位于中欧和北欧的边缘。地势比较平坦，只是在中间有一些冰碛堆积丘陵，一般不到300米高，最高峰为靠近东南部边界的奥库斯托雅斯山，标高约297.84米。立陶宛是一个多森林、河流和湖泊的国家。有33%的国土面积被森林和湖泊、沼泽覆盖，林地主要是松林、云杉林和桦林，白蜡木和橡木非常稀少，森林里盛产蘑菇和浆果，全国约有28%土地为混合林（中欧混合林与萨尔马特混合林（英语：Sarmatic mixed forests）），林业占全国产值的11%。面积超过一万平方米的湖泊（英语：List of lakes of Lithuania）有2 833个，此外还有1 600个小湖泊，大多位于东北部，占全国面积共约1.5%，最大者为德鲁克夏依湖（英语：Drūkšiai）。立陶宛还有758条长度超过10公里（6.2 英里）的河流。内河航运主要依靠涅曼河及其支流，2000年运送货物达90万吨。耕地主要集中在中部和西南。海岸线长262千米，其中面对波罗的海的海岸线长97千米，其余在库尔斯潟湖内。主要的不冻港克莱佩达即位于库尔斯潟湖与波罗的海交接的出口处。
立陶宛的气候分区属于温带大陆性湿润气候（Dfb），东部的农作物生长期只有169天，西部可达202天。海岸地区在1月之平均气温为1.6°C（34.9°F），7月为17.8°C（64.0°F）。在维尔纽斯，1月平均气温为2.1°C（35.8°F），7月平均气温为18.1°C（64.6°F）。海岸地区的年平均降水量为717毫米（28.2英寸），萨莫吉希亚高地为900毫米（35.4英寸），东部地区为490毫米（19.3英寸）。每年都有降雪发生，多集中在十月到四月。
波罗的海地区最长已有约250年的温度观测纪录。资料显示，十八世纪下半叶经历温暖时期，而十九世纪则是相对凉爽的时期。20世纪初期的暖化趋势在1930年代达到高峰，随后有小幅降温，1960年代起暖化趋势一直持续。立陶宛在2002年经历了干旱，引发了森林和泥炭沼泽火灾。在2006年夏天的热浪中，该国与西北欧其他地区一样遭受了损失。
立陶宛现有5座国家公园（奥克施泰提亚国家公园、祖基亚国家公园、库尔斯沙嘴国家公园、特拉凯历史国家公园、萨莫吉希亚国家公园）、30座地区公园（英语：Regional park）、402座自然保护区与668个受国家保护的自然遗产。然而，工业的发展造成了不同性质的环境问题，该国的动植物群遭受了农业用地排水的影响，空气污染主要存在于如维尔纽斯、考纳斯、约纳瓦、马热伊基艾、埃莱克特雷奈和新阿克梅内等拥有大量化肥厂、炼油厂、发电站和水泥厂的工业城市。
水质也是立陶宛的环境问题。人口约40万的考纳斯市直到1999年才有净水厂，在三级废水处理计划于2007年上路前直接将污水排入涅曼河。河流和湖泊污染是苏联时期忽视环境保护的遗留问题，库尔斯潟湖大约有85%受到污染。波罗的海度假胜地的海滩，例如著名的帕兰加度假区，经常因污染而关闭。受酸雨影响的森林位于约纳瓦、马热伊基艾和埃莱克特雷奈附近，它们是化学、石油和发电中心。立陶宛是最早引入环境法规的前苏联加盟共和国之一，然而由于莫斯科强调增加产量，并且由于大量地方违规、技术落后和政治冷漠，现在存在严重的环境问题。
立陶宛独立后，于1992年通过环境保护法（Aplinkos apsaugos įstatymas），规范个人（含法人）对环境资源的使用，以保护国内的生物多样性、生态系统与地貌。立陶宛与其他欧盟成员国皆同意在2020年将碳排放减低至1990年的80%以下，将可再生能源占比提升至20%以上，并在2030年将碳排放进一步减低至1990年的60%以下，将可再生能源占比提升至27%以上。2016年立陶宛通过饮料瓶回收法（英语：container deposit legislation），隔年成功回收了该年度92%的饮料瓶罐。2018年立陶宛在气候变迁绩效指标（英语：Climate Change Performance Index）的排名仅次于瑞典；2019年立陶宛的森林景观完整性指数（英语：Forest Landscape Integrity Index）在172国中排名第162。
立陶宛拥有丰富的石灰石、粘土、石英砂、石膏砂和白云石，适合制造高品质的水泥、玻璃和陶瓷。水源供应充足，但能源和工业材料均供不应求。1950年代在立陶宛发现了石油，但目前只有少数油井在运转，而且所有油井都位于该国西部。据估计，波罗的海大陆架和立陶宛西部地区拥有可观的石油储量，但如果开采这些石油，未来二十年内这些石油只能满足立陶宛每年石油需求的20%左右。立陶宛在波罗的海沿岸拥有大量地热资源，可用于为数十万家庭供暖。此外，在立陶宛南部地区也发现了铁矿床，但是这些矿床可能需要露天开采，这对环境是不利的。
立陶宛濒危物种红皮书（英语：List of extinct and endangered species of Lithuania）中列出了800多个物种，有约18.9%的植物、1.87%的真菌、31%的地衣、8%的鱼类濒临绝种。随着狩猎规范的制定，野生动物的族群有回升趋势，兔子估计有约20万只，最常见的大型野生动物为西方狍，全国估计有12万只，另外还有野猪（估计55000只）、狐狸（估计27000只）、鹿（估计22000只）、黇鹿（估计21000只）、驼鹿（估计7000只，为最大型的野生动物）、狼（估计仅有800只）与欧亚猞猁（估计仅200只）。
