カタルーニャ州の地形は起伏に富んでおり、3つの地理区分に分けることができる。フランス国境ともなっている北のピレネー山脈、地中海沿岸にあるカタルーニャ海岸山脈と平地に挟まれた部分、中央部のカタルーニャ中央低地である。平地は地中海岸とエブロ川流域にわずかにあるのみである。地中海に面した海岸線の長さは580kmに及ぶ。北部から中央部にはピレネー山脈の東部と前ピレネーが連なる。カタルーニャ州の最高峰は、ピレネー山脈のピカ・ダスタツ(3,143m)である。フランス領カタルーニャに山頂があるカニゴー山(2,785m)は、18世紀までカタルーニャ最高峰とされていた。カタルーニャ州の大部分は標高数百メートルの高原であり、ピレネー山脈の高峰を除けば急峻な山岳は存在しない。カタルーニャ州の主要な河川には、エブロ川、リュブラガット川、テル川があり、いずれも地中海に注いでいる。エブロ川はイベリア半島で最大の流域面積を持つ河川であり、カタルーニャ州最南端部で地中海に注ぐ。エブロ川の支流であるセグラ川はピレネー山脈から南西に向かって流れ、リェイダ県にカタルーニャ中央低地を形成している。リュブラガット川の河口部にはバルセロナを中心とするバルセロナ都市圏が形成されており、ジローナ（テル川）とリェイダ（セグラ川）もそれぞれ河川の河岸に市街地が形成されている。
カタルーニャ州はイベリア半島とスペインの北東部にあり、地中海盆地の北西岸にある。面積はスペイン全土の6.4%にあたる約32,000km²であり、スペインの17自治州中第6位である。面積は日本の関東地方とほぼ等しい。緯度は北緯42度付近であり、日本での同緯度地域は北海道南部である。人口はスペイン全土の16%にあたる約750万人であり、ヨーロッパの中では主権国家であるデンマークよりもやや多く、日本の九州地方の約半分である。人口密度ではマドリード州とバスク州に次いで17自治州中第3位である。バルセロナを中心とするバルセロナ都市圏に人口が集中しており、バルセロナの自治体人口は約160万人、都市圏人口は約210万人である。南側でバレンシア州と、西側でアラゴン州と州境を接しており、北側でフランス（オクシタニー地域圏）、アンドラ公国と国境を接している。地中海を挟んでバルセロナの南200kmにはバレアレス諸島（バレアレス諸島州）がある。バルセロナからスペインの首都マドリードまでの距離は約600kmであり、日本では東京都から神戸市とほぼ等距離である。地中海岸、ピレネー山脈、エブロ川流域をそれぞれ辺とする「三角形」の形状をしており、中世にはすでにカタルーニャ地方の形状が三角形であると言及されていた。
「カタルーニャ」(Catalunya)という名称の語源は不明であるが、スペイン辺境領に基づくこの地方の諸伯領を総称する地名として、12世紀以後に使われ始めた。名称の起源には様々な説があるが、どの説も決め手に欠けるとされる。「城代」を意味するcastellanusまたはcatlanusがcataláに変化し、やがてCataluñaとなったとする説があるが、この説は言語学的に無理があるとされる。カロリング朝フランク王国時代のスペイン辺境伯領は「ゴート人の土地」を意味するGotholandiaとして知られる土地であり、Gotholandia がCataluñaとなったとする説があるが、言語学的に無理がある、単純すぎるとされる。Otgar Golantという貴族の居城Cathaló城が由来であるとする説、アラビア語で「城」を意味するcálatとアラゴン地方の古地名Talunyaが由来であるとする説、バルセロナ郊外にある地名Montcadaが由来であるとする説、ラケタニ族(Lacetani)が由来であるとする説などもある。ラテン語表記はCat(h)alaunia [ka.taˈɫau̯.ni.a] ないしCat(h)alonia [ka.taˈɫoː.ni.a] で、中世ラテン語のCataloniaが英語に入って、英語表記もCatalonia [ˌkæt.əˈləʊn.i.ə]となった。このラテン語ないし英語表記に由来するカタロニアと書かれることもある。
1951年（昭和26年）に設立され、庄川の水力発電所群を継承した関西電力は、同年に成出ダムおよび成出発電所を、1954年（昭和29年）に椿原ダムおよび椿原発電所の運転を開始した。同年、それらの上流において鳩谷ダムおよび鳩谷発電所の建設に着手。1956年（昭和31年）に鳩谷発電所が運転を開始した。1961年（昭和36年）、鳩谷ダムの上流に電源開発の御母衣ダムおよび御母衣発電所が完成すると、関西電力は庄川にある既存のダムに対し再開発事業を展開。1967年（昭和42年）、祖山ダムに新祖山発電所が、1975年（昭和50年）に成出ダム・椿原ダムに新成出発電所・新椿原発電所が、1980年（昭和55年）には小原ダムに新小原発電所が増設された。また、成出ダムと小原ダムとの間には赤尾ダムが建設され、赤尾発電所が1978年（昭和53年）に運転を開始している。鳩谷ダムにおいても新鳩谷発電所の建設が計画され、関西電力は1998年（平成10年）にその旨を関係各所に申し入れた。新鳩谷発電所は鳩谷ダムの左岸から新たに190立方メートル毎秒の水を取り入れ、最大12万7,000キロワットの電力を発生するというものである。庄川水系にある水力発電所としては御母衣発電所に次ぐ出力を誇り、これによって夏のピーク需要をまかなう。水車発電機は2台で、12万6,000キロワットを発生する1号機と、800キロワットを発生する2号機とで構成。環境に配慮して電力設備の大半は地下に設置される。当初の予定では、1999年（平成11年）の夏に電源開発調整審議会上程、2000年（平成12年）8月に着工、2004年（平成16年）2月に運転開始と予定されていた。しかし、2000年度経営計画の中で新鳩谷発電所の運転開始年度が2010年（平成22年）度以降に繰り延べとなり、2001年（平成13年）度経営計画では2011年（平成23年）度以降とさらにもう1年の繰り延べとなった。2002年（平成14年）度経営計画では、新鳩谷発電所の名前がついに消えてしまった。岐阜県の資料によれば「平成15年5月 事業廃止」とあり、計画は立ち消えとなったようである。