林芝地区东南部属于热带、亚热带山地季风湿润地区,西部为高原温带季风半湿润地区,东北部为高原温带季风湿润地区。全地区气候日照偏少,长冬无夏,温度变化小;雨季开始早,结束晚,降水多;气候类型复杂多样,立体气候明显。
林芝地区北部是念青唐古拉山脉,南部属喜马拉雅山脉,西北部是冈底斯山余脉,东部系横断山脉。前三大山脉为东西走向,后者为南北走向。山脉之间是宽窄相间的河流谷地,其中最大的是喜马拉雅山和冈底斯山之间的雅鲁藏布江谷地及其支流尼洋河、帕隆藏布、察隅河谷地。