El área del departamento es algo extensa y rica en recursos naturales. Forma parte de la franja oriental del Uruguay, junto a Treinta y Tres, Rocha (en el sureste) y Rivera. La vegetación predominante es la pradera estival, y es posible encontrar zonas forestales compuestas de ombúes, pinos, eucaliptus, plátanos, cedros y sauces.

Orografía
El terreno de Cerro Largo tiende a ser llano y ligeramente húmedo en las proximidades de la laguna Merín. También se encuentra salpicado de algunas zonas de alto relieve como la sierra de Aceguá (compuesta de rocas graníticas y macizas), la Cuchilla Grande – que atraviesa al departamento de noreste a suroeste –, el Cerro Largo, y los cerros de las Cuentas, Guazunambí y Tupambaé. Son abundantes los sedimentos litológicos variables como arenas finas y medias, conglomerádicas, limos, arcilla y lodolitas de la Era Cenozoica, y yacimientos arenosos, dunas, turberas y restos basálticos en menor medida.

Hidrografía
El departamento cuenta con importantes cursos fluviales y bañados que sirven de abastecimiento interno y como límite natural en algunas de sus fronteras. La Cuchilla Grande divide a las cuencas de la Laguna Merín y el Río Negro. Otros ríos y arroyos de singular importancia son el Tacuarí, el Parao y el Yaguarón que separa a Cerro Largo de la República Federativa del Brasil.

En determinados sectores podemos encontrar inundaciones, estanques y tierras bajas que se prestan al cultivo de arroz y a la cría extensiva de peces.

Clima
El clima es templado y húmedo, con una temperatura que oscila entre los 17 o 18 ºC promedio y un índice de precipitaciones que va de los 1.100 a los 1.200 mm anuales. Por este motivo Cerro Largo es una de las regiones uruguayas que se ven más afectadas por la caída de lluvias y de crecientes inundaciones.