Граничит на западе с Сенегалом, на севере — с Мавританией и Алжиром, на востоке — с Нигером, на юго-востоке — с Буркина-Фасо, на юге — с Кот-д’Ивуаром и Гвинеей.
Северо-восточная часть Республики Мали контролируется исламистами из связанной с «Аль-Каидой» группировки «Ансар-ад-Дин», ранее здесь было провозглашено непризнанное Независимое Государство Азавад, власти которого после утраты контроля над этой территорией заявили о переходе к идее автономии региона.
Топоним «Мали» происходит от названия средневековой империи Мали, которая существовала на территории страны в XIII—XVII веках. Источники IX века упоминают государственное образование Mallal, в VII—XIII веках — как Malli и Mali. Значение топонима окончательно не установлено, предположительно, может восходить к слову языка мандинка mali- «гиппопотам».
Река Нигер, протекающая в южной и центральной частях страны, образует важный водный путь. Северные части Мали в основном расположены в пустыне Сахара. К югу находится Сахельская саванна. На северо-востоке есть горы. В засушливые сезоны из Сахары дует пассат Харматтан, вызывая песчаные бури. Регион Мали в основном низменный. Самая высокая точка страны — Хомбори Тондо на высоте 1155 метров над уровнем моря.
Самый густонаселённый город Мали — столица Бамако с населением 2 529 300 (2019). Другие крупные города включают Сегу, Сикассо, Мопти, Гао и Кайес. Сегу и Мопти, расположенные вдоль реки Нигер, являются важными портовыми городами и рыболовными центрами.
Мали имеет площадь 1 240 278 км², что делает её 23-й по величине страной в мире и 8-й по величине страной в Африке.
Почти всю западную, центральную и северную части страны (свыше 90 % территории) занимает равнина высотой 200—500 м. На севере — каменистые, песчано-каменистые или галечниковые пустыни Сахары.
Климат на большей части территории Мали — тропический пустынный, на юге — субэкваториальный. Средние годовые температуры 28-29 °C, с незначительными колебаниями по месяцам.
Самая длинная река в стране — Нигер. Река Сенегал и её притоки текут на юго-запад. В Мали есть такие озера, как Фагибине, До, Ниангай, Дебо и Корароу.
Почти половину территории на севере страны занимают кустарниковые и злако-кустарниковые пустыни Сахары. Южнее — опустыненная саванна с акациями, злаками, баобабами, пальмами дум. Южнее — типичные саванны, на крайнем юге — лесистая саванна.
В северных пустынях и полупустынях водятся крупные антилопы, мелкие газели, жирафы, гепарды, гиены. Много пресмыкающихся (гекконы, сцинки, вараны, змеи). В саваннах разные виды антилоп, бородавочники, львы, леопарды, шакалы, слоны (численность слонов сокращается). В реках водятся крокодилы, бегемоты, много рыбы. Широко распространены насекомые — термиты, дикие пчёлы, москиты, мошка, муха цеце.
В Мали создано несколько природоохранных территорий, среди них один национальный парк — Букль-дю-Бауле.