Il Senegal è situato al limite occidentale del continente africano e confina a sud con la Guinea e la Guinea-Bissau, con il Mali a est, con la Mauritania a nord e con l'Oceano Atlantico settentrionale a ovest. La nazione indipendente del Gambia è interamente racchiusa (tranne nel punto in cui incontra l'Atlantico) nella regione sudoccidentale del Senegal e forma le 'labbra' di un immaginario volto gigantesco, separando il nord del Senegal dalla sua parte meridionale, che prende il nome di Casamance. Nel suo insieme, il Senegal ha una superficie di poco inferiore a quella della Gran Bretagna.

Il clima del Senegal è piacevolmente tropicale e Dakar è una delle località più fresche e ventilate dell'Africa occidentale. Le temperature medie diurne vanno dai 18°C ai 31°C. Nella zona settentrionale e in quella centrale del paese la stagione delle piogge dura da luglio a settembre, mentre nella Casamance inizia e termina rispettivamente un mese prima e dopo. La media delle precipitazioni annuali varia dai 300 mm a nord a circa sei volte tanto a sud, mentre a Dakar supera i 600 mm. Durante la stagione secca (da dicembre ad aprile) questa regione è investita dai venti harmattan, torridi e secchi.

Il paese è bagnato da tre fiumi: il Senegal a nord, che segna il confine con la Mauritania; il Gambia al centro, che scorre nella Gambia a eccezione delle sue sorgenti, situate a est; e il Casamance a sud, a cui questa regione del paese deve il nome e la sua eccezionale fertilità. Il processo di desertificazione in corso nel nord del Senegal sta diventando un problema sempre più pressante ed è stato solo in parte risolto dalla diga di Manantalli, costruita sul Fiume Senegal. Le zone più basse del paese sono le coste atlantiche, mentre gli altipiani più elevati si trovano nelle Colline del Futa Jaldon, che raggiungono quote intorno ai 580 m.

Il Senegal è il paese biologicamente più vario del Sahel, la regione semi-desertica situata a sud del Sahara, e ospita oltre 550 specie animali. È inoltre una zona importante per gli uccelli migranti, soprattutto quelli acquatici che ogni inverno vi fanno ritorno in gran numero dall'Europa, sostando nel Parc National aux Oiseaux du Djoudj, una delle più importanti riserve di avifauna del mondo, a nord di Saint-Louis.