乌兹别克斯坦是中亚国家，位于土库曼斯坦和阿富汗北部。乌兹别克斯坦国土面积为447,000平方公里（和我国的甘肃省差不多大，其中陆地面积为425,400平方公里，水域面积为22,000平方公里），东西长1,425公里，南北长930公里。西南与土库曼斯坦接壤，北部与哈萨克斯坦接壤，南部和东部与塔吉克斯坦和吉尔吉斯斯坦接壤。乌兹别克斯坦在土库曼斯坦也有四个小飞地。
乌兹别克斯坦不仅是较大的中亚国家之一，也是唯一一个与其他四个国家都接壤的中亚国家。乌兹别克斯坦南部也与阿富汗接壤，由于里海是内陆海，与海洋没有直接联系，乌兹别克斯坦是仅有的两个“双重内陆”国家之一——这些国家完全被其他内陆国家包围。另一个是列支敦士登。
乌兹别克斯坦的自然环境多种多样，从占该国近80%领土的平坦沙漠地形到东部海拔约4,500米的山峰。乌兹别克斯坦东南部处于天山山麓，在邻近的吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦海拔较高，形成中亚与中国的天然边界。与哈萨克斯坦南部共享的广阔的克孜勒库姆沙漠占据了乌兹别克斯坦北部低地部分。
乌兹别克斯坦最肥沃的地区——费尔干纳盆地位于齐兹勒库姆以东，面积约21,440平方公里，北部、南部和东部被山脉环绕。盆地的西端是锡尔河，它从哈萨克斯坦南部穿过乌兹别克斯坦东北部进入齐孜勒库姆沙漠。虽然费尔干纳盆地每年的降雨量仅为100至300毫米，但在山谷的中心和边缘的山脊上只剩下一小片沙漠。
乌兹别克斯坦大部分地区水资源分布不均，供不应求。占据乌兹别克斯坦三分之二领土的广阔平原，水量少，湖泊少。乌兹别克斯坦的两条最大河流是阿姆河和锡尔河，它们分别起源于塔吉克斯坦和吉尔吉斯斯坦的山区。这些河流形成了中亚的两个主要流域；它们主要用于灌溉，并且已经建造了几条人工运河以扩大费尔干纳河谷和其他地方的耕地面积。
乌兹别克斯坦的耕地面积占比为9.61%，其中永久性作物种植面积为0.8%（果树之类），灌溉土地为41980平方公里。可再生水资源总量为48.87立方公里，每年的淡水使用量56立方公里，人均用水量为2113立方米。
乌兹别克斯坦的气候有时被广泛描述为地中海气候和潮湿的大陆性气候，这意味着它既有相对炎热的夏季，也有相对凉爽的冬季。然而，在柯本气候分类下，乌兹别克斯坦东部只有一小部分地区被归类为地中海和湿润大陆。其总面积的绝大部分——包括所有人口稀少的西部和中部地区——被归类为冷沙漠或冷草原。
夏季气温经常超过40°C；冬季平均气温约为-2°C，但可能低至-40°C。该国大部分地区也很干旱，年平均降雨量在100至200毫米之间，主要发生在冬季和春季。6月至9月期间，降水量很少，在此期间植物基本上停止了生长。