Израел се намира на източния бряг на Средиземно море, между Ливан на север, Сирия на североизток, Йордания на изток и Египет на югозапад. В най-южния си край има ограничен излаз на Червено море. Територията на Израел, без да се включват областите, завладени през Шестдневната война от 1967 година, е около 20 770 km². Общата територия под израелска юрисдикция включва още Източен Йерусалим и Голанските възвишения и е с площ 22 072 km². С включване на зоните на Западния бряг, които са част от Палестинската автономия, но на практика са под военен и частичен граждански контрол на Израел, територията на страната е 27 799 km².
Въпреки малкия си размер, в Израел има множество различни природногеографски области — от пустинята Негев на юг до планините в Галилея, Кармел и Голан на север. В Израелската крайбрежна равнина до Средиземно море живеят около 70% от жителите на страната. На изток от централната хълмиста област се намира Йорданската рифтова долина, малка част от дългата 6500 km Голяма рифтова долина. Река Йордан тече по Йорданската рифтова долина от планината Хермон през долината Хула и Галилейското езеро до Мъртво море, най-ниската точка на световната суша.
Уникални за Израел и съседния Синайски полуостров са ерозионните образувания, подобни на циркуси, наричани махтеш. Най-големият махтеш в света е Рамон в пустинята Негев, който има размери 40 на 8 km. Според доклад за състоянието на околната среда в Средиземноморието, в Израел има най-голям брой растителни видове на единица площ.
Температурите в Израел варират в широки граници, особено през зимата. В планинските райони времето може да бъде ветровито и студено, понякога дори с валежи от сняг. В Йерусалим обикновено сняг вали поне веднъж годишно. В същото време крайбрежните градове, като Тел Авив и Хайфа, имат типичен средиземноморски климат, с хладна и дъждовна зима и дълго горещо лято. Най-високата температура, измервана в Азия, е 53,7°C, отчетени през 1942 година в кибуца Тират Зви в северната част на долината на река Йордан. Между май и септември валежите в Израел са рядкост. Поради оскъдността на водните ресурси, в страната са развити различни технологии за спестяване на вода, като капковото напояване. Израелците се възползват от топлия и сух климат на страната, за да произвеждат слънчева енергия, като страната е най-големият производител в света на глава от населението.