Barentsområdet omsluts av Barents hav, Karahavet, Vita havet, Norska havet, Bottenviken och de stora insjöarna Ladoga och Onega. I öst, på den ryska sidan, gränsar Barentsområdet till Tjumenska oblasten. Gränsen i söder är mot Leningrad oblast, Vologda oblast och Kirovsk oblast. I Norge gränsar området till Nord-Tröndelag fylke, i Sverige till Västernorrlands län, i Finland till Västra Finlands län och Östra Finlands län.

Den kontinentala delen av Barentsområdet sträcker sig från 12^o ost till 69^o ost och från 61^o nord till 71^o nord. Om man tar med Novaja Zemlja och Frans Josefs Land sträcker sig området till latituden 82^o nord.

Större delen av Barentsområdet ligger på den fennoskandiska urbergsskölden. I öster ingår emellertid merparten av Arkhangelsk oblast i den ryska paleozoniska plattan, som består av flertalet sediment och bergarter. Den geologiska utvecklingen har resulterat i rika tillgångar på mineraler och organiskt material i Barentsområdet. Tillgångarna utgör en stor potential för ekonomisk utveckling.

Klimatet i Barentsområdet är arktiskt och subarktiskt. Det arktiska klimatet karaktäriseras av låga temperaturer, permafrost, istäcke på sjöar och floder under den långa vintern. Området med subtropiskt klimat har mildare väder och mer snö på vintern. Skillnaden mellan sommar och vintertemperaturer är dock stor. (Se medeltemperaturer för januari och juli). Tack vare Golfströmmen är klimatet i kustområdet mildare jämfört med andra områden på samma breddgrad. Längs upp i norr finns dock permafost och ständig havsis.

Barentsregionens väder är i allmänhet blåsigt och fuktigt. Atlantens och Barents havs påverkan förklarar de relativt moderata temperaturerna på vintern, medan den på våren och sommaren kalla arktiska vinden har motsatt effekt. Klimatet i området påverkas även av växlingar i solaktiviteten. Det aktuella väderläget kan följas per satellit.

Ett orostecken är den globala temperaturhöjningen beroende på förtunning av ozonlagret ovanför Barentsområdet. Man fruktar att detta kan påverka befolkningen här uppe i norr.

Nederbördmängderna varierar ganska mycket. Mest regn faller det vid den norska kusten, där årsmedelnederbörden kan vara 2 000 mm, lokalt till och med ännu mer. Minst nederbörd, mindre än 400 mm årligen, faller i södra Finnmark, norra Norrbotten och nordvästra finska Lappland.

Snötäcket i Barentsområdet kan vara så tjockt som 5-10 m i fjälldalar, cirka 1-1,5 m i de subarktiska skogarna, men endast 40-60 cm på tundran och i barrskogsbältet.

Landskapets relief mot havet i norr utmärks av karga berg, fjordar, dalar och ett flertal djupa floder och sjöar. Låglandsområden finns kring Bottenviken, södra Karelen och det ryska tundraområdet. Högsta toppen i Murmansk oblast Chasnochor reser sig till 1 199 m, Timan Kriazh i Arkhangelsk oblast till 460 m och Nuoronen i Karelska republiken till 577 m. Kebnekaise i Norrbotten ligger på 2 117 m över havsytan. De norska områdena har också höga fjäll förutom vidsträckta myrmarker, dalar, fjordar och en mångfald öar i kustbandet. Den högsta toppen i Finnmark, Rastigaisa, reser sig 1 067 m över havet, medan Langen Alperna i Troms är mer än 1 800 m höga och högsta topp i Nordland är 1 703 m. Den högsta punkten i finska Lappland, Halti i nordöst, mäter 1 328 m.

Otaliga insjöar finns i hela Barentsområdet. T ex finns det i Murmansk oblast över 100 000 sjöar, varav Imandra är den största. Arkhangelsk oblast har över 224 000 och Karelska republiken över 61 000 sjöar. Dessutom tillhör 80 % av Ladoga och 50 % av Onega Karelen. Norr- och Västerbotten innesluter otaliga sjöar av varierande storlek, t ex finns Sveriges djupaste sjö, Hornavan, i Norrbotten. I finska Lappland utgör sjöar 6 % av arealen; största sjö är Enare träsk som mäter 1 102 kvadratkilometer. Två stora konstgjorda sjöar finns som vattenreservoar i det inre av finska Lappland. I Uleåborgs län dominerar Ule träsk som ligger mellan Uleåborg och Kajana.

Karaktäristiskt är också de många älvarna och vattendragen, över 100 000, som rinner ut i de omgivande haven. Dessa har haft och har fortfarande stor betydelse som vattenvägar. Som vattenväg är den mest imponerande Vitahavskanalen, som förbinder Vita havet med Onega. Genom denna länk kan man ta sig från Norra Ishavet till Östersjön eller på Ryska vattenvägar till Svarta havet och Kaspiska havet. De största älvarna i ryska Barentsdelen är Dvina, Petchora och Ponoj. De mest betydande älvarna på den norska sidan är Alta älv, Pasvik älv och Tana älv, den sistnämnda känd för sitt fina laxbestånd.

Vegetationen i Barentsområdet begränsas naturligtvis av klimatet. I norr består vegetationen av företrädesvis härdiga dvärgväxtarter. Längre söderut dominerar barrskogen med tall och gran som viktigaste arter. Spridda förekomster av lövskog, med björk som ekonomiskt viktigast, finns i de södra delarna. Även stora arealer av blandskog är karaktäristiska för området. Karta

Miljöförstöringen har negativ påverkan på Barentsområdets känsliga natur. Stor skogsdöd har drabbat områden på Kolahalvön genom utsläpp från fabriker. På längre sikt kan också den globala uppvärmningen rubba skogens artsammansättning.

Barentsområdets skogar innehåller en massa svampar, örter och bär, vilka utgör ett icke föraktligt födotillskott för djur och människor. Dessutom finns med globala mått mätt stor artrikedom på mossor och lavar.