Trong kỷ Permi, tất cả các khối đất lớn của Trái Đất, ngoại trừ phần thuộc Đông Á ngày nay, đã kết hợp lại với nhau thành một siêu lục địa, gọi là Pangea. Pangea bao trùm khu vực xích đạo và mở rộng về phía hai cực, với hiệu ứng tương ứng đối với các dòng hải lưu trong một đại dương lớn, gọi là "Panthalassa", ("đại dương toàn thế giới").

Một siêu lục địa lớn như vậy tạo ra các điều kiện khí hậu với các dao động lớn về nóng và lạnh ("khí hậu lục địa") và gió mùa với mô hình mưa có tính chất theo mùa rõ rệt. Các sa mạc dường như đã trải rộng khắp Pangea. Các điều kiện khô như thế thích hợp cho thực vật hạt trần với các hạt nằm trong các lớp bảo vệ hơn là cho các loại thực vật như dương xỉ trong việc phân tán bào tử. Các loài cây thân gỗ hiện đại đầu tiên như thông (ngành Pinophyta), bạch quả (ngành Ginkgophyta) và tuế (ngành Cycadophyta) đã xuất hiện trong kỷ Permi.

Ba khu vực chung là đặc biệt đáng lưu ý đối với các trầm tích kỷ Permi bao gồm: dãy núi Ural (trong đó có cả Permi), Trung Quốc và miền tây nam Bắc Mỹ, trong đó thung lũng Permi tại bang Texas, Hoa Kỳ được đặt tên như vậy do nó có một trong những lớp trầm tích dày nhất trong các loại đá thuộc kỷ Permi trên thế giới.