Kiçik Qafqaz vilayəti Azərbaycanın qərbində yerləşir. Vilayətin əsas dağ silsilələri Şahdağ, Şərqi Göyçə, Murovdağ (Gamışdağ 3724 m) və Qarabağdır. Qarabağ silsiləsindən qərbdə Vulkanik yayla yerləşir.
Vilayətdə mezozoy, kaynozoy, qismən də paleozoy (Əsrikçay hövzəsi) erasının süxurları yayılmışdır. Ən fəal seysmiklik Gəncəbasar zonasında (8-9 bal) müşahidə olunur.
Kiçik Qafqaz filiz mənşəli faydalı qazıntılarla zəngindir. Daşkəsəndə dəmir, Zəylikdə alunit, Mehmanada polimetal, Gədəbəydə mis, Kəlbəcərdə civə və qızıl yataqları yerləşir. Vilayət tikinti materialları (mərmər, gips və s.) və mineral sularla da (İstisu, Turşsu və s.) zəngindir.
Kiçik Qafqazın dağətəyi və alçaq dağlığında qışı quraq keçən mülayim-isti (cənub-şərq hissədə yayı quraq keçən mülayim-isti), orta dağlığında qışı quraq keçən soyuq, yüksək dağlığında isə dağ-tundra iqlimi hakimdir. Orta illik temperatur 00-100C, orta illik yağıntı 300-900 mm-dir.
Çay şəbəkəsi sıxdır. Çayları Kür və Arazın qollarıdır. Ən böyük gölləri Böyük və Kiçik Alagöllər, Qaragöl, Göygöl və Maralgöldür.
Vilayətdə çöl, meşə, çəmən və nival landşaftları yayılmışdır. Göygöl və Bəsitçay qoruqları burada yerləşir.
Kiçik Qafqaz vilayəti dörd fiziki-coğrafi rayona bölünür.
1. Gəncə dağlıq
2. Qarabağ
3. Vulkan yaylası
4. Həkəri