Về địa lý và khí hậu, Bulgaria có đặc trưng đáng chú ý ở sự đa dạng với các phong cảnh từ các đỉnh núi tuyết phủ tại Alpine ở Rila, Pirin và dãy núi Balkan cho tới bờ Biển Đen ôn hoà và nắng ấm; từ kiểu đặc trưng lục địa Đồng bằng Danub (Moesia cổ) ở phía bắc tới khí hậu ảnh hưởng Địa Trung Hải tại các thung lũng thuộc Macedonia và tại các vùng đất thấp phía cực nam Thrace.

Về tổng thể Bulgaria có khí hậu ôn hoà, với mùa đông lạnh và mùa hè nóng. Hiệu ứng ngăn chặn của dãy núi Balkan có một số ảnh hưởng trên khí hậu ở khắp nước: bắc Bulgaria có nhiệt độ thấp hơn và có lượng mưa cao hơn các vùng đất thấp phía nam.

Bulgaria gồm các phần của các vùng từng được biết tới ở thời cổ đại là Moesia, Thrace, và Macedonia. Vùng núi non phía tây nam đất nước có hai dãy núi thuộc Alpine — Rila và Pirin — và ở xa hơn về phía đông là Núi Rhodope thấp hơn nhưng dày đặc hơn. Rặng Rila có những đỉnh cao nhất trên Bán đảo Balkan, Musala, ở độ cao 2925m; dãy dài của dãy núi Balkan chạy hướng đông tây qua trung tâm đất nước, phía bắc của Thung lũng Hoa hồng nổi tiếng. Vùng đồi và đồng bằng nằm ở phía đông nam, dọc theo bờ Biển Đen, và dọc theo con sông chính của Bulgaria, sông Danube, ở phía bắc. Strandzha là núi cao nhất ở phía đông nam. Vùng đông bắc Dobrudzha ít có đồi núi. Bán đảo Balkan có tên từ dãy núi Balkan hay Stara planina chạy qua trung tâm Bulgaria và mở rộng tới vùng phía đông Serbia.

Bulgaria có trữ lượng quặng mangan lớn ở phía đông bắc và uranium ở phía tây nam, cũng như một trữ lượng lớn than và các loại quặng đồng, chì, kẽm và vàng. Các loại quặng khác có trữ lượng nhỏ hơn gồm sắt, bạc, chromite, nickel, bismuth và các loại khác. Bulgaria có nhiều khoáng sản phi kim loại như đá muối, thạch cao, kaolin và marble.

Nước này có mạng lưới sông dày đặc với khoảng 540 con sông, đa số chúng -ngoại trừ con sông Danube nổi tiếng— ngắn và có mực nước thấp.[47] Đa số các con sông chảy qua các vùng núi non. Con sông lớn nhất nằm hoàn toàn bên trong lãnh thổ Bulgaria, sông Iskar, có chiều dài 368 km. Các con sông lớn khác gồm sông Struma và sông Maritsa ở phía nam. Các dãy núi Rila và Pirin có khoảng 260 hồ băng; nước này cũng có nhiều hồ nằm trên bò Biển Đen và hơn 2.200 hồ đập. Có nhiều suối nước khoáng, chủ yếu nằm ở phía tây nam và trung tâm đất nước dọc theo các đứt gãy giữa các dãy núi.

Lượng mưa ở Bulgaria trong khoảng 630mm mỗi năm. Tại các vùng đất thấp lượng mưa trong khoảng từ 500mm và 800mm, và tại các vùng núi trong khoảng từ 1000mm và 1400mm mỗi năm. Các vùng khô hơn gồm Dobrudja và dải bờ biển phía bắc, trong khi các vùng cao hơn thuộc Rila, Pirin, Núi Rhodope, Stara Planina, Núi Osogovska và Vitosha có lượng mưa trung bình lớn hơn.

Đa dạng sinh học và vấn đề về môi trường

Sự tương tác về khí hậu, thuỷ văn, địa chất và địa hình là điều kiện để các loài thực vật và động vật tại quốc gia này phát triển phong phú và đa dạng[48]. Bulgaria là một trong những khu vực đa dạng sinh học nhất châu Âu[49], Với 3 vườn quốc gia, 11 công viên tự nhiên, 16 khu dự trữ sinh quyển và 565 khu bảo tồn[50][51]. Hơn 35% diện tích đất được bao phủ bởi rừng[52], nơi tập trung một số cây cổ nhất trên thế giới, chẳng hạn như thông Baikushev và sồi Granit[53]. Hệ thực vật bao gồm hơn 3.800 loài thực vật có mạch, trong đó có 170 loài đặc hữu và 150 loài có nguy cơ tuyệt chủng[54]. Một danh sách kiểm tra các loại nấm của Bulgaria đã báo cáo rằng có hơn 1.500 loài trong nước[55]. Các loài động vật đặc trưng: cú, Alectoris graeca, Tichodroma muraria[56], hươu đỏ, gà lôi và Chó rừng[57].

Năm 1998, chính phủ Bungari đã phê duyệt Chiến lược bảo tồn đa dạng sinh học quốc gia, một chương trình toàn diện tìm kiếm bảo tồn hệ sinh thái địa phương, bảo vệ các loài đang bị đe dọa và bảo tồn nguồn gen[58]. Bulgaria có một số khu vực Natura 2000 lớn nhất ở châu Âu, chiếm 33,8% lãnh thổ của nó[59]. Nước này cũng đã thông qua Nghị định thư Kyoto và đạt được mục tiêu cắt giảm thải carbon dioxide 30% từ năm 1990 đến năm 2009[60][61].

Tuy nhiên, ô nhiễm từ các nhà máy từ công trình luyện kim và nạn phá rừng nghiêm trọng tiếp tục gây ra những vấn đề lớn đối với sức khỏe và phúc lợi của người dân[62]. Các khu vực đô thị bị ảnh hưởng bởi giao thông ô tô và các nhà máy điện chạy bằng than[63][64]. Một trong số đó, trạm Maritsa Iztok-2, với việc sử dụng than non, gây ra thiệt hại cao nhất đến sức khỏe và môi trường trong toàn Liên minh châu Âu[65]. Việc sử dụng thuốc trừ sâu trong nông nghiệp và hệ thống thoát nước thải công nghiệp cổ xưa gây ô nhiễm đất và việc sử dụng hóa chất và chất tẩy rửa gây ô nhiễm nước[66]. Hơn 75% bề mặt trên các sông đã đáp ứng các tiêu chuẩn về chất lượng tốt. Cải thiện chất lượng nước bắt đầu vào năm 1998 và duy trì xu hướng cải thiện vừa phải[67]. Theo Chỉ số hoạt động môi trường năm 2012 của Đại học Yale, Bulgaria là một "thành viên thi hành khiêm tốn" trong việc bảo vệ môi trường[68].