Tỉnh này có ranh giới về phía bắc với tỉnh Arkhangel, về phía đông với tỉnh Kirov, về phía nam với các tỉnh Kostroma và Yaroslavl, về phía tây nam với các tỉnh Tver và Novgorod, về phía tây với tỉnh Leningrad, về phía tây bắc với nước cộng hòa Karelia.

Tỉnh Vologda nằm ở phần đông bắc của đồng bằng đông châu Âu, địa hình ở đây có nhiều gò đồi — kế tiếp với các vùng đất thấp (Prionestkaia, Mologo-Sheksninskaia), các dãy (Andogskaia, Belozerskaia, Kirillovskaia) là các vùng đất cao (Andomskaia, Vepsovskaia, Vologodskaia, Galichskaia, Verkhnevatskaia). Ở phần phía đông của tỉnh là Severnưie Uvalư. Tỉnh này không giàu tài nguyên khoáng sản — có vài mỏ than bùn, vật liệu xây dựng và nước khoáng. Khí hậu mang đặc trưng của khí hậu lục địa vừa phải với mùa đông lạnh (nhiệt độ trung bình trong tháng 1 là −14 °C) và mùa hè mát mẻ (nhiệt độ trung bình tháng 7 là 18 °C). Lượng mưa tương đối nhiều — 500 mm/năm, sự bay hơi nhỏ hơn nhiều nên tỉnh này có nhiều sông, hồ và đầm lầy.

Có nhiều sông lớn chảy qua tỉnh này như: sông Sukhona với các sông nhánh là sông Vologda và sông Dvinisa, sông Iug với sông Luza, sông Mologa với sông Tragodosha, sông Sheksna, thượng nguồn sông Unja, Andoma. Hồ chứa nước lớn Rưbin nằm ở phía tây nam, ở phía tây là các hồ: hồ Trắng, hồ Kuben và Voje. Hồ Onez ở phía bắc tỉnh này nối với sông Volga tạo thành tuyến đường thủy Volga-Ban Tích. Thực vật chủ yếu là các loài đặc trưng cho các vùng miền nam và trung tâm của rừng taiga. Rừng chiếm khoảng 2/3 lãnh thổ của tỉnh, chủ yếu là thông. Đất đai chủ yếu là podzol và dernovo-podzol, một số chỗ là đất đầm lầy. Thế giới động vật chủ yếu là các loài của rừng taiga: nai, gấu nâu, thỏ trắng, chồn rừng, lửng, sói, cáo; chim — gà gô xám, gà lôi, gà thông (đa đa). Trong các sông và hồ có cá hồi, cá vền, cá vược, cá rô, cá măng v.v. Các khu bảo tồn quốc gia có Bắc Nga và khu bảo tồn Darwin.