Với diện tích là 22.402.200 km² (8.649.538 sq mi), Liên Xô là quốc gia rộng lớn nhất thế giới và vị thế này vẫn được Liên bang Nga (kế thừa hơn 17 triệu km² lãnh thổ của nó) giữ lại. Liên Xô bao phủ 1 / 6 {\displaystyle 1/6} bề mặt Trái Đất, kích thước gần tương đương với Bắc Mỹ, với diện tích là 24.709.000 km² (9.540.000 sq mi). Lãnh thổ phía Châu Âu chiếm một phần tư diện tích, là 3.960.000 km² (1.528.560 sq mi) đất nước và là trung tâm văn hóa và kinh tế. Phần phía đông ở châu Á diện tích là 13.100.000 km² (5.057.938 sq mi) mở rộng ra đến Thái Bình Dương ở phía đông và Afghanistan ở phía nam, ngoại trừ một số khu vực ở Trung Á, ít đông dân hơn nhiều. Liên Xô trải rộng trên 10.000 km (6,200 mi) theo hướng đông sang tây qua 10 múi giờ từ UTC+2 đến UTC+12 và hơn 7.200 km (4.500 mi) từ bắc xuống nam. lãnh thổ có đến năm vùng khí hậu: lãnh nguyên, taiga, thảo nguyên, sa mạc và núi. Do lãnh thổ trải dài từ Âu sang Á nên Liên Xô được xem là một đất nước nửa Châu Âu, nửa Châu Á, nửa phương Đông, nửa phương Tây. Vị trí địa lý như vậy ảnh hưởng lớn đến văn hóa, phong tục tập quán, tư duy của Liên Xô cũng như thái độ của phương Tây đối với Liên Xô cũng như nước Nga sau này.

Liên bang Xô viết có đường biên giới dài nhất trên thế giới, ước tính hơn 60.000 km (37.000 mi), hay ​1 1⁄2 chu vi của Trái Đất. Hai phần ba số đó là đường biên giới trên biển. Liên Xô giáp với Afghanistan, Trung Quốc, Tiệp Khắc, Phần Lan, Hungary, Iran, Mông Cổ, Bắc Triều Tiên, Na Uy, Ba Lan, România và Thổ Nhĩ Kỳ từ 1945 đến 1991. Băng qua eo Biển Bering là Hoa Kỳ.

Ngọn núi cao nhất của Liên Xô là đỉnh Cộng sản (nay là đỉnh Ismail Samani) ở Tajikistan, ở độ cao 7.495 mét (24.590 ft). Liên Xô cũng sở hữu nhiều hồ lớn trên thế giới; biển Caspi (cùng với Iran) và hồ Baikal, đây là hồ nước ngọt lớn nhất và sâu nhất thế giới nằm hoàn toàn trong Liên Xô.