Le paysage de la péninsule se caractérise par des chaînes de montagnes. Elles s'étendent du nord-ouest au sud-est et sont la continuation de la cordillère du Pacifique qui commence en Alaska. Ce sont des failles, avec des pentes plus douces à l'ouest qu'à l'est. Il y a pratiquement deux douzaines de chaînes de montagnes. Les plus importantes sont la Sierra de Juarez avec le Cerro Torre Blanco à une altitude de 1.794m dans le nord et au sud  la Sierra San Pedro Martir avec le Picacho del Diablo qui est le pic le plus élevé de Baja California (3.095m). La cime est recouverte de neige d'octobre à mai.

Les montagnes perdent de leur hauteur vers le sud, se transformant en plateaux. Derrière Bahia Concepcion  s'élèvent la Sierra de la Giganta (avec le Cerro la Gigante, 1.760m) et la Sierra de la Laguna. Le sommet le plus haut de cette dernière est le Picacho de la Laguna (2.155m).

Le granit est la roche prédominante. Il se trouve parfois en surface, formant des paysages spectaculaires comme par exemple à Catavina, où l'érosion a transformé le granit en blocs. Des indices d'une activité volcanique avec des torrents de lave récents, se retrouvent dans la partie centrale de la presqu'île, principalement aux environs de San Ignacio avec le volcan de Tres Virgines.

Baignée par la mer, Baja California impressionne avec plus de 4.800km de côtes. A l'ouest le Pacifique crée quelques baies peu profondes et des langues de terre, par exemple la Laguna  Ojo de Liebre près de Guerrero Negro, la Laguna San Ignacio  à l'ouest de San Ignacio et la Bahia Magdalena à l'ouest de Ciudad Constitucion. Sur la côte orientale plus escarpée, se trouvent la pittoresque Bahia de Los Angeles, Bahia Concepcion et la Bahia de La Paz.

Baja California est séparée de la terre ferme mexicaine par le Golfe de Californie, qui porte aussi le nom de Mar de Cortés ; la particularité de cette mer est qu'elle possède plus de 50 îles et îlots, dont la plupart sont aujourd'hui des réserves ornithologiques où nichent plusieurs espèces d'oiseaux marins.

Baja California est située sur la faille de San Andres, la rupture agitée de la croûte terrestre qui provoque des tremblements de terre, la destruction et la transformation de temps à autre. Il y a 25 millions d'années que la péninsule commença à se séparer de la terre ferme à la suite de tensions qui ouvrirent le Golfe de Californie. Depuis lors la presqu'île s'est éloignée de la terre ferme d'environ 550km vers l'ouest, et dans un lointain futur formera une île avec la Californie américaine.

Quant au climat, Baja est un lieu toujours ensoleillé. On dit que la probabilité de journées de soleil est de 95% en hiver, ce qui veut dire plus que Hawaï ou la Floride. La raison en est que la péninsule est située entre les deux transporteurs principaux de pluies, les tempêtes hivernales du nord-ouest et les tornades tropicales de l'été, qui viennent du sud. C'est pour cela que seules les contrées  du nord et du sud reçoivent des pluies , tandis que le centre demeure sec à l'exception de quelques averses d'été de temps à autre.  Dans certaines régions il pleut seulement 50mm par an (comparé à 600mm par an dans la ville de Mexico).

Les températures sur les côtes du Pacifique  sont toujours tempérées, plus basses que sur les côtes orientales; le courant de Californie draine depuis le nord des eaux qui selon la saison ont seulement entre 13 et 19°c, et qui entraînent le rafraîchissement de la région. A Ensenada par exemple les températures excèdent rarement plus de 25°C en été. La situation est bien différente sur les côtes orientales et méridionales. Des températures de plus de 30 voir 35°C sont normales ici en été, mais elles sont aussi très agréables l'hiver.
Et à l'intérieur? La pluie est rare ici. En été un soleil écrasant fait monter la température régulièrement à plus de 40°C. Durant les nuits d'hiver par contre elles tombent  souvent au-dessous de zéro degré. Un climat désertique typique qui permet seulement aux plantes, animaux et personnes spécialement durs et résistants de survivre.