天全县地处四川盆地西缘，雅安市西部，二郎山东麓，邛崃山脉南段，青衣江上游，距成都172km，离雅安38km。地理坐标介于东经102°16′～102°55′，北纬29°49′～30°21′之间。县境东至飞仙关，与雅安市雨城区、芦山县接壤；南同荥经县毗邻；西至二郎山、菩萨山，连接甘孜藏族自治州的泸定、康定两县；北同宝兴县相接。东西长约60km，南北宽约50km，幅员面积239017.02hm²。

全县以亚热带季风气候为基带的山地气候，从东到西依次横跨中亚热带气候、北亚热带气候、南温带和中温带气候等气温带。主要气候特点是：冬无严寒，夏无酷热，气候温和，降雨充沛，四季分明，具有典型的亚热带—中温带山地气候特征。天全县属盆边西部中山植被区，大相岭东北部植被小区，这里正处“华西雨屏”的中心地带，终年潮湿多雾。中西部中高山区植被茂密，种类繁多。

全县森林覆盖率达74.15%，森林资源主要集中于海拔800-3400米，其主要植被类型有以下几种：丘陵、低山、中山栽培植物、常绿阔叶、柳杉、杉木植被带（600-1500米）、中山壑谷柳杉、常绿落叶阔叶植被带（1500-1800米）、中山阔叶混交林带（海拔1800-2300米）、中山针阔叶混交林带(海拔2300-2600米)、亚高山针叶林带（海拔2600-3400米）、高山杜鹃灌丛林带（海拔3400-4400米）。

天全县是国家“两屏三带”生态安全战略格局中黄土高原—川滇生态屏障的重要组成部分，是国家重点生态功能区-川滇森林及生物多样性生态功能区的重要部分。位于成都平原城市群规划中的龙门山生态保育区，天全拥有大熊猫栖息地世界自然遗产、喇叭河省级自然保护区和二郎山国家森林公园等丰富的生态资源，动植物种类十分丰富，境内有珙桐等多达3500余种植物种类，有大熊猫、金丝猴等野生脊椎动物种类多达300余种，被誉为北纬30°线上的生态王国，是天然的动物园、植物园和旅游避暑胜地。