Tây Bengal nằm ở cổ chai phía đông của Ấn Độ, trải dài từ dãy Himalaya ở phía bắc đến vịnh Bengal ở phía nam. Bang có tổng diện tích là 88.752 kilômét vuông (34.267 dặm vuông Anh).[1] Khu vực đồi Himalaya Darjeeling ở cực bắc của bang thuộc phần phía đông của dãy Himalaya. Khu vực này có đỉnh Sandakfu (3.636 m hoặc 11.929 ft), là đỉnh cao nhất của bang.[26] Vành đai Terai chia tách khu vực đồi này với các khu vực đồng bằng, dần chuyển tiếp sang đồng bằng châu thổ sông Hằng ở phía nam. Khu vực Rarh xen giữa đồng bằng châu thổ sông Hằng ở phía đông và các cao nguyên và cao địa phía tây. Một khu vực ven biển nhỏ nằm ở cực nam, trong khi rừng ngập mặn Sundarban tạo thành một dấu mốc địa lý đáng chú ý tại đồng bằng châu thổ sông Hằng.

Sông Hằng là sông chính tại tây Bengal, sông phân lưu tại bang. Một nhánh chảy vào Bangladesh với tên gọi Padma hay Pôdda, nhánh khác chảy qua Tây Bengal được gọi là sông Bhagirathi hay sông Hooghly. Đập nước Farakka trên sông Hằng cung cấp nước cho nhánh Hooghly qua một kênh nhánh, và quản lý lưu lượng nước là một nguồn gây tranh chấp kéo dài giữa Ấn Độ và Bangladesh.[27] Các sông Teesta, Torsa, Jaldhaka và Mahananda nằm tại khu vực gò đồi phía bắc. Khu vực cao nguyên phía tây có các sông như Damodar, Ajay và Kangsabati. Đồng bằng châu thổ sông Hằng và khu vực rừng Sundarban có nhiều sông lạch. Ô nhiễm trên sông Hằng là một vấn đề lớn, bắt nguồn từ hành động đổ chất thải bừa bãi xuống sông.[28] Sông Damodar là một chi lưu của sông Hằng và từng được gọi là "nỗi đau của Bengal" (do thường xuyên gây lụt), song một số đập được xây trên sông trong khuôn khổ Dự án Thung lũng Damodar. Có ít nhất chín huyện trong bang bị ô nhiễm asen nước ngầm, và một ước tính cho rằng 8,7 triệu người uống nước có chứa hàm lượng asen trên giới hạn khuyến cáo của Tổ chức Y tế Thế giới là 10 µg/L.[29]

Khí hậu Tây Bengal thay đổi từ xa van nhiệt đới ở các phần thuộc nam bộ đến cận nhiệt đới ẩm ở phía bắc. Các mùa chính là mùa hạ, mùa mưa, một mùa thu ngắn, và mùa đông. Trong mùa hạ, vùng đồng bằng châu thổ có độ ẩm quá mức, các vùng cao nguyên phía tây trải qua một mùa hạ khô giống như bắc bộ Ấn Độ, với nhiệt độ cao nhất trong ngày dao động từ 38 °C (100 °F) đến 45 °C (113 °F).[30] Vào ban đêm, có gió nhẹ mát thổi từ phía nam mang theo hơi ẩm từ vịnh Bengal. Vào đầu mùa hạ, các cơn gió mạnh và dông tố ngắn ngủi thường diễn ra, chúng được gọi là Kalbaisakhi, hay Nor'westers.[31] Tây Bengal nhận được nhánh vịnh Bengal của gió mùa Ấn Độ Dương vốn di chuyển thẳng theo hướng tây bắc. Từ tháng 6 đến tháng 9, gió mùa mang mưa đến toàn bang. Trong thời gian có gió mùa, áp suất thấp tại khu vực vịnh Bengal thường gây ra dông tố tại các khu vực ven biển. Trong mùa đông, từ tháng 12 đến tháng 1, khí hậu ôn hòa tại vùng đồng bằng với nhiệt độ thấp nhất trong ngày trung bình là 15 °C (59 °F).[30] Các cơn gió lạnh và khô từ phía bắc thổi đến trong mùa đông, khiến độ ẩm giảm đáng kể. Khu vực đồi Himalaya Darjeeling phải trải qua một mùa đông khắc nghiệt, thỉnh thoảng có tuyết rơi tại các địa điểm.