Az ország nyugati részét hatalmas homokkő táblák építik fel, amelyekből szigethegységek emelkednek ki, északnyugaton az Uveinat-hegység (1934 m), az ország középső részén a Nubah-hegység (1460 m). A csádi határ mentén a Darfúr 800–1200 m magas fennsíkjából a Marra-hegység vulkáni tömege tör 3088 m magasságba.

Vízrajz
Az ország tengelyében a Nílus mentét szegélyező, tágas, északon elkeskenyedő síkság húzódik, amelyet három oldalról hegyvidék övez. 2000 km-es észak-déli kiterjedése következtében kitűnően érvénybe jutnak a földrajzi övek a trópusi őserdőtől a sivatagig. Legmagasabb pontja: Kinyeti (3187 m). Legjelentősebb folyók: Nílus, Fehér-Nílus (Bahr al Jabal), Kék-Nílus (Bahr al Jabal Azraq), Atbara. A Fehér-Nílus délen, az ugandai határon lép be az országba, és Kartúmnál folyik össze a Tana-tóból eredő Kék-Nílussal. Itt kezdődik tulajdonképpen a Nílus folyam. A déli Szudd, a világ egyik legnagyobb mocsárvidéke, a Fehér-Nílus rendszeres évi áradásai nyomán jött létre.

Éghajlat
Észak-Szudán a Szaharához tartozik, de Kartúmtól dél felé az évi átlagos csapadék mennyisége fokozatosan 150-ről 1000 mm-re nő. Északon kevés az eső, és szabálytalan időközökben hullik. Az esős évszak az ország középső részén 2-3 hónapig, délen viszont már 6-8 hónapig tart (többnyire áprilistól októberig). Északon egész évben északkeleti szelek fújnak, délen az esős évszakban a délnyugati szél az uralkodó. Itt a nyári, csapadékos hónapokban alacsonyabb a hőmérséklet. A déli Dzsubában a januári középhőmérséklet 28 °C, a júliusi 25 °C. Az évi csapadékmennyiség 950 mm. Kartúmban a januári középhőmérséklet 23 °C, a júliusi 34 °C. Az évi csapadékmennyiség 150 mm.

Élővilág, természetvédelem
Az elsivatagosodás komoly probléma Szudánban. Ez a folyamat áll a dárfúri konfliktus hátterében. A talajerózió is aggodalmat kelt.A mezőgazdaság terjeszkedése nem jár együtt természetvédelmi intézkedésekkel. A következmények már mutatkoznak: az erdőirtás és a talaj kiszáradása csökkenti a talaj termékenységét és a talajvíz szintjét. A vadállományt veszélyezteti a vadászat. 2001-től huszonegy emlős faj és kilenc madárfaj, valamint két növényfaj veszélyeztetettnek számít. Veszélyeztetett fajok közé tartozik: tarvarjú, a szélesszájú orrszarvú, vörös tehénantilop, karcsú szarvú gazella, közönséges cserepesteknős.A szaharai oryx már nem él vadon.

Nemzeti parkjai
Szudánban 12 nemzeti park található.