Калифорния расположена вдоль берега Тихого Океана. Она граничит с штатом Орегон на севере, штатами Невада и Аризона на востоке, и мексиканским штатом Нижняя Калифорния на юге. Калифорния — третий по площади штат США (410 000 км2). Большинство крупных городов лежит на побережье, в более прохладном климате.

Центральную часть штата занимает плодородная Центральная долина (англ. Central Valley), обрамленная со всех сторон горами, которая когда-то была дном океана.

На юге Калифорнии находится пустыня Мохаве. К северо-востоку от неё лежит Долина Смерти — самая низкая (86 метров ниже уровня моря) и жаркая точка Северной Америки.

На востоке находятся горы Сьерра-Невада. Их венчает гора Уитни — самая высокая точка континентальной части США (4 421 м). Здесь же находится Йосемитский Национальный парк и глубокое пресное озеро Тахо.

Крупнейшие города Калифорнии — Лос-Анджелес, Сан-Диего, Сан-Хосе, Сан-Франциско, Лонг-Бич, Фресно, Сакраменто, Окленд. Большинство населения Калифорнии живут в трёх мегаполисах: Большой Лос-Анджелес, Область залива Сан-Франциско, и так называемая Внутренняя Империя (область городов Риверсайд и Сан-Бернардино). Области Сан-Диего и Сакраменто также являются центрами городских агломераций.