Limitrophe de l'Italie, le département des Alpes-de-Haute-Provence est entouré par les départements des Alpes-Maritimes, du Var, de Vaucluse, de la Drôme et des Hautes-Alpes. Il peut être divisé en trois zones en fonction du relief, du climat, du peuplement et de l'économie :

• les plateaux, collines et vallées de Haute-Provence, qui regroupent un tiers de la surface mais deux tiers de la population, la quasi-totalité de l'activité économique en dehors du tourisme de montagne et les villes les plus importantes du département. La vallée de la Durance, artère du département, coupe cette zone en deux moitiés ;
• les Préalpes, zone de montagne intermédiaire aux vallées encaissées et aux villages très enclavés ;
• les Grandes Alpes, qui regroupent là les vallées de l'Ubaye, de la Blanche et du haut Verdon (en amont de Colmars-les-Alpes), où l'économie s'est reconstruite autour du tourisme de montagne (stations de ski). En Haute-Ubaye, les sommets dépassent 3 000 m d'altitude et tous les cols avoisinent ou dépassent les 2 000 m d'altitude. Dans cette partie du département se trouve une des routes les plus élevées d'Europe : la route départementale D64 atteint l'altitude de 2 802 m au-dessus du col de la Bonette (2 715 m) et relie le pays de Barcelonnette à la Tinée et à la Vésubie.

Le relief compartimente la région : les vallées encaissées sont difficiles d'accès, divisant le pays en autant de terroirs ne communiquant que très peu avec l’extérieur. En 1877, 55 communes n’avaient pour seul accès que des sentiers ou des chemins muletiers.

L'aléa sismique est modéré (zone 3) à moyen (zone 4), différentes failles comme celle de la Durance étant situées dans le département.

Les villes de plus de 5 000 habitants sont Manosque, Digne-les-Bains, Sisteron, Château-Arnoux-Saint-Auban et Forcalquier.

Environnement

Les prairies du département sont envahies par Xeropicta derbentina, un petit escargot blanc originaire des steppes allant du Caucase à la Croatie, qui monte par groupes sur les herbes. Généralement, il ne cause pas de dommages à la flore, mais il peut introduire des parasites dans les poumons des moutons.

Hydrologie

La rivière principale est la Durance, qui circule à l'ouest du département. C'est dans cette vallée qu'on trouve les axes de circulation les plus importants (autoroute A51, voie ferrée, nationale). La quasi-totalité du département est dans le bassin versant de la Durance, à l'exception de l'extrême sud-est (cantons d'Annot et Entrevaux) draîné par le Var. Ses principaux affluents dans le département sont l'Ubaye, la Bléone, l'Asse et le Verdon pour la rive gauche, le Buëch, le Jabron et le Largue pour la rive droite. La Durance et ses affluents ont un caractère torrentiel, avec une transition entre le régime nival des plus hautes vallées et le régime pluvial méditerranéen en moyenne montagne et plus bas. Les étiages estivaux sont sévères et les crues violentes surviennent lorsque de fortes précipitations s'abattent, souvent en automne. La Durance, le Verdon, la Bléone puis le Buëch ont été aménagés au XX^e siècle avec la construction de plusieurs barrages et la déviation d'une partie des cours d'eau pour l'irrigation et la production d'électricité.

Climatologie

Le climat des Alpes-de-Haute-Provence est un climat méditerranéen dégradé par l'altitude et la latitude. De fait, si dans les basses vallées et plateaux de Haute-Provence règne un climat méditerranéen d'arrière-pays, plus contrasté que sur la côte, celui de la vallée de l'Ubaye est caractéristique des Alpes internes, avec une continentalité assez marquée : les hivers y sont très rigoureux et les étés orageux. Entre les deux, les deux influences se mélangent dans la zone des Préalpes. Les caractéristiques des deux tendances climatiques se retrouvent dans tout le département avec plus ou moins d'intensité :

• un air sec et très peu de brouillard (moins de 20 jours par an) ;
• des précipitations peu fréquentes (moins de 90 jours par an) et brutales (cumuls annuels de 650 à 1 500 mm) ;
• des orages fréquents en montagne l'été ;
• un excellent ensoleillement en toute saison (2 550 à 2 850 heures par an) ;
• des amplitudes thermiques élevées, diurnes (plus de 10 °C) et annuelles (18 °C) ;
• des hivers frais et lumineux ;
• des étés très chauds à peine tempérés par l'altitude.

De ce fait, la Haute-Provence est très intéressante pour tous les astronomes européens à la recherche d'un ciel nocturne souvent dégagé et épargné par la pollution lumineuse. De nombreux observatoires amateurs ont été construits, et l'Observatoire de Haute-Provence, un des plus grands observatoires d'Europe continentale, est un centre de recherche en astronomie très actif.