ロンドニアの気候は赤道直下にあり、平均気温は 24 °C ～ 26 °C です。最低温度は最大 18 °C、最高温度は 33 °C まで可能です。降水量は多く、年間 1,800 mm から 2,400 mm の範囲にあります。 12 月から 5 月までの雨季には、空気の相対湿度が 90% 以上に達することがあります。
主な植生はアマゾンの森林ですが、州の西部にはサバンナも広がっています。アマゾンでは継続的な森林破壊が続いているため、州政府はパカアス・ノボス国立公園、ジャル国立生物保護区、グアポレ自然保護区などの環境保護地域を創設した。
水路網は非常に複雑で、アマゾン川の主要な支流の 1 つであるマデイラ川を中心に、いくつかの川で構成されています。非常に重要な他の川としては、グアポレ川、ハシパラナ川、ジパラナ川、マモレ川、アブナ川、ムトゥムパラナ川、ジャマリ川、アリプアナ川、ベニ川などがあります。