Địa hình Đồng Tháp tương đối bằng phẳng với độ cao phổ biến 1–2 mét so với mặt biển. Địa hình được chia thành 2 vùng lớn là vùng phía bắc sông Tiền và vùng phía nam sông Tiền. Đồng Tháp nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, đồng nhất trên địa giới toàn tỉnh, khí hậu ở đây được chia làm 2 mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô. Trong đó, mùa mưa thường bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô bắt đầu từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau. Độ ẩm trung bình năm là 82,5%, số giờ nắng trung bình 6,8 giờ/ngày. Lượng mưa trung bình từ 1.170 – 1.520 mm, tập trung vào mùa mưa, chiếm 90 – 95% lượng mưa cả năm. Những đặc điểm về khí hậu như trên tương đối thuận lợi cho phát triển nông nghiệp toàn diện.

Đất đai của Đồng Tháp có kết cấu mặt bằng kém bền vững lại tương đối thấp, nên làm mặt bằng xây dựng đòi hỏi kinh phí cao, nhưng rất phù hợp cho sản xuất lương thực.

Đất đai tại tỉnh Đồng Tháp có thể chia làm 4 nhóm đất chính là nhóm đất phù sa (chiếm 59,06% diện tích đất tự nhiên), nhóm đất phèn (chiếm 25,99% diện tích tự nhiên), đất xám (chiếm 8,67% diện tích tự nhiên), nhóm đất cát (chiếm 0,04% diện tích tự nhiên). Nguồn rừng tại Đồng Tháp chỉ còn quy mô nhỏ, diện tích rừng tràm còn dưới 10.000 ha. Động vật, thực vật rừng rất đa dạng có rắn, rùa, cá, tôm, trăn, cò, cồng cộc, đặc biệt là sếu cổ trụi.

Đồng Tháp là tỉnh rất nghèo về tài nguyên khoáng sản, chủ yếu có: Cát xây dựng các loại, phân bố ở ven sông, cồn hoặc các cù lao, là mặt hàng chiến lược của tỉnh trong xây dựng. Sét gạch ngói có trong phù sa cổ, trầm tích biển, trầm tích sông, trầm tích đầm lầy, phân bố rộng khắp trên địa bàn tỉnh với trữ lượng lớn. Sét cao lanh có nguồn trầm tích sông, phân bố ở các huyện phía bắc tỉnh. Than bùn có nguồn gốc trầm tích từ thế kỷ thứ IV, phân bố ở huyện Tam Nông, Tháp Mười với trữ lượng khoảng 2 triệu m³.

Đồng Tháp Mười ở đầu nguồn sông Cửu Long, có nguồn nước mặt khá dồi dào, nguồn nước ngọt quanh năm không bị nhiễm mặn. Ngoài ra còn có hai nhánh sông Sở Hạ và sông Sở Thượng bắt nguồn từ Campuchia đổ ra sông Tiền ở Hồng Ngự. Phía nam còn có sông Cái Tàu Hạ, Cái Tàu Thượng, sông Sa Đéc… hệ thống kênh rạch chằng chịt. Đồng Tháp có nhiều vỉa nước ngầm ở các độ sâu khác nhau, nguồn này hết sức dồi dào, mới chỉ khai thác, sử dụng phục vụ sinh hoạt đô thị và nông thôn, chưa đưa vào dùng cho công nghiệp.