Tamaulipas er svært i utstrekning, og krysses av Krepsens vendekrets. Klimaet varerer mye, mot kysten, spesielt i sørøst, er det fuktig og varmt, mot nordøst er det mer temperert med regntid om sommeren. I innlandet og i fjellet er det tørt. Mot nord ligger lavlandet rundt elva Río Bravo del Norte, kjent i USA som Rio Grande. Mot vest ligger fjell og ørkenstrøk, mens kystområdene i sør er skogkledde.