На востоке Ростовская область граничит с Волгоградской областью, на севере — с Воронежской, на юге — с Краснодарским и Ставропольским краями, Республикой Калмыкия, на западе — с Донецкой и Луганской областями Украины.
На территории области протекает одна из крупнейших рек Европы — Дон (длина 1870 км), расположено Цимлянское водохранилище (объём 24 млрд м³). Судоходны основные притоки Дона — реки Северский Донец и Маныч. Озёра занимают лишь 0,4 % территории области. Часть гидроэнергетического потенциала реализуется на Цимлянской ГЭС в размере 630 млн кВт·ч. На юго-западе область омывается Таганрогским заливом Азовского моря.
Ростовская область расположена в южной части Восточно-Европейской равнины, немного захватывает район Северного Кавказа. Находится в речном бассейне Нижнего Дона. Максимальные высоты рельефа варьируются на отметке 250 метров над уровнем моря. В основном вся местность представлена равнинами, только с севера немного захватывается Среднерусская возвышенность, а на западе — восточная часть Донецкого кряжа. На юго-востоке области присутствует возвышенность Сальско-Манычской гряды. Рельеф области — равнинный, преимущественная природная зона — степь, лесов мало — ими покрыто только 5,6 процентов земельного фонда, в то время как большая часть области занята сельхозугодьями, преимущественно на высокоплодородных чернозёмах.
Лесной фонд области незначителен (2,4 % территории области) и большей частью представлен искусственными лесами, выполняющими водоохранные и защитные функции (70 % от общей площади земель лесного фонда).
Шолохов в Тихом Доне в числе степных трав перечисляет аржанец, ковыль, пырей, имурку, сурепку, белену, молочай, полынь, ландыш, донник, овсюг, шалфей, железняк, фиалку, татарник и тюльпан. Из деревьев и кустов упомянуты верба, боярышник, ежевика, чернотал, черноклен, шиповник, ольха, калина, ясень, осина, дуб и тополь.
Флора области представлена более 1700 видами растений, 140 видами мхов, 190 видами лишайников и другими растениями. Наибольшим богатством растительного мира обладает северо-запад области, где произрастают 1200 видов растений. На юго-востоке флора более скудная, здесь можно встретить 780 видов растений.
Среди животного мира наибольшее распространение получили членистоногие (различные насекомые и черви), которых здесь насчитывается более 13 тысяч видов. Также в области встречаются 76 видов млекопитающих, среди которых наибольшей многочисленностью обладают грызуны — сурки, суслики, тушканчики, мыши и другие. Среди хищников самыми распространенными видами являются волки, лисы, хорьки, ласки, горностаи, перевязки, норки, барсуки и выдры. Некоторые животные занесены в Красную книгу и находятся под защитой государства.
В водоёмах области насчитывается около 100 видов рыб, большая часть из которых обитает в пресной воде: голавль, стерлядь, синец, линь, сом, карась, щука, вьюн и другие. Часть рыбы является проходной, обитая в море, но заходя на нерест в притоки Дона: осетры, белуга, севрюга, сельдь и пузанок.
Животный мир представлен кузнечиками, лягушками, сомами, судаками, сазанами, волками, зайцами, лисами, сусликами, сурками, воронами, вальдшнепами, дроздами, жаворонками, чибисами, коростелями, куропатками, перепелами, утками, дрофами, казарками, стрепетами, соловьями, лебедями и коршунами.
В Ростовской области имеется несколько отдельно стоящих гор в разных районах области.
Помимо Ростовского заповедника, функционируют два природных заказника, природный парк Донской, 70 памятников природы и 7 особо-охраняемых природных территорий.