Το έδαφος της Λευκάδας είναι κατά το 70% ορεινό. Έχει ψηλά βουνά με ψηλότερη κορυφή στο κέντρο τα Σταυρωτά (1.182 μ.). Ακολουθούν η Ελάτη (1.126 μ.), ο Αη Λιας (1.014 μ.) και το Μέγα Όρος (1.012 μ.). Διαθέτει, επίσης στενά οροπέδια, εύφορες κοιλάδες και φαράγγια με πλούσια βλάστηση, ενώ έχει αξιόλογη χλωρίδα που περιλαμβάνει ελιές, κυπαρίσσια, ποικιλία πεύκων, μια ειδική ποικιλία δρυός, αρωματικά βότανα και σπάνια λουλούδια.
Το νησί έχει αρκετές πηγές, όπως οι ονομαστές πηγές της Κερασιάς στο Σύβρο, χείμαρρους που σχηματίζουν μικρούς καταρράκτες, όπως οι καταρράκτες στο Νυδρί, το Δημοσάρη και εντυπωσιακά φαράγγια σαν αυτά της Μέλισσας στους Σφακιώτες και στο Χαραδιάτικα. Οι δύο αλμυρές λίμνες στο βόρειο τμήμα του νησιού είναι ένα πολύ σημαντικό καταφύγιο για πολλά είδη πουλιών.
Το κλίμα του νησιού είναι μεσογειακό, με κύρια χαρακτηριστικά τη μεγάλη ηλιοφάνεια, τον ήπιο αλλά βροχερό χειμώνα και το ζεστό καλοκαίρι που είναι ευχάριστο χάρις στους δροσερούς του ανέμους. Η μέση θερμοκρασία είναι 18 C. Ο πιο ζεστός μήνας του έτους είναι ο Ιούλιος (26,8 C) και ο πιο κρύος είναι ο Ιανουάριος (12,8 C). Μεταξύ του Μαΐου και του Σεπτεμβρίου δυτικοί και νοτιοδυτικοί άνεμοι φυσούν στη Λευκάδα και νότιοι άνεμοι, σε μικρότερο βαθμό.