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.
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.). Στη δυτική πλευρά της που είναι απόκρημνη, βρίσκονται πολλές εκτεταμένες παραλίες με άμμο. 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 κάποτε είναι ορμητικοί και σχηματίζουν μικρούς καταρράκτες, όπως ο Δημοσάρης στην περιοχή του Νυδριού και εντυπωσιακά φαράγγια σαν αυτά της Μέλισσας στους Σφακιώτες και των Χαραδιάτικων.
Οι δύο λιμνοθάλασσες, στο βόρειο τμήμα του νησιού, αποτελούν σημαντικούς υγροβιότοπους για πολλά είδη πτηνών.

Πλούσιος είναι ο θαλάσσιος διαμελισμός της Λευκάδας. Αποτελείται από εντυπωσιακές ακτές, χερσονήσους, ακρωτήρια – με ξεχωριστό το ακρωτήριο Λευκάτα – όρμους που αποτελούν εξαιρετικά φυσικά λιμάνια όπως του Βλυχού, των Συβότων, της Ρούδας στα ανατολικά της Λευκάδας και της Βασιλικής στη νότια πλευρά. Πολλοί διαδοχικοί όρμοι υπάρχουν και στο Μεγανήσι, που δημιουργούν μικρά εντυπωσιακά φιόρδ.