Уэльс расположен на полуострове на западе острова Великобритания. Общая площадь страны составляет около 20 779 км². Протяжённость страны с севера на юг — 274 км, с запада на восток — 97 км. Уэльс граничит с востока с Англией, с трёх сторон окружён морем. Общая длина береговой линии — больше 1 200 км. У берегов Уэльса расположено несколько островов, крупнейший из которых — Англси (Ynys Môn) на северо-западе.
Население и промышленное производство сосредоточены в основном на юге Уэльса, в городах Кардифф, Суонси, Ньюпорт и прилегающих областях. Сравнительно индустриализован и северо-восток (район Рексхэма); центр и северо-запад — аграрные районы.
Большую часть площади Уэльса занимают горы, в особенности на севере и в центре. Они образовались во время последнего ледникового периода, в ходе Девонского оледенения. Самый высокие горы — в Сноудонии (Yr Eryri), гора Сноудон (Yr Wyddfa, 1085 м над уровнем моря) — высочайшая точка Уэльса. Горный массив в центре Уэльса называется Камбрийскими горами. На юге расположены горы Брекон-Биконз (Bannau Brycheiniog), сравнительно молодые по сравнению с Камбрийскими и содержащие значительные запасы угля. Камбрийские горы дали своё название одному из периодов палеозоя — кембрию.
В середине XIX века два видных геолога, Родерик Мурчисон и Адам Седжвик изучали геологию Уэльса, чтобы определить некоторые принципы стратиграфии и палеонтологии. После этого два периода палеозоя — ордовик и силур — были названы в честь кельтских племён, обитавших в этом районе.
Уэльс открыт ветрам с Атлантического океана, поэтому климат там в основном морской. На западном побережье выпадает за год до 1270 мм осадков, а к востоку от гор эти цифры несколько ниже (до 723 мм/год), а в самих горах — выше (до 2540 мм/год). Средняя температура июля составляет 15,6° С, января — 5,6°C.
Современная граница между Англией и Уэльсом весьма произвольна: в общих чертах она была установлена в XVI веке, на основе границ феодальных владений. На протяжении примерно 64 километров она довольно точно следует Валу Оффы. Однако затем она идёт более причудливо: например, разделяет деревню Найтон в Поуисе и её железнодорожную станцию, делает деревню Чёрч-Стоук фактически уэльским эксклавом в Англии и проходит прямо через деревню Лланиминех (так что местный паб частью находится в Англии, а частью — в Уэльсе).
Большую часть территории Уэльса покрывают национальные парки (Сноудония, Брекон-Биконз, побережье Пембрукшира) и так называемые «Области выдающейся природной красоты» (англ. Areas of Outstanding Natural Beauty), например полуостров Гоуэр.
Уэльс карта: географическая карта Уэльса