Доминирующий рельеф местности – горный. Республика расположена в пределах северо-западной части Алтае-Саянской горной системы. Здесь находится высочайшая вершина Сибири гора Белуха (4506 м над ур.м.). Для рельефа характерны также межгорные котловины (Чуйская, Курайская, Джулукульская, Канская, Абайская, Уймонская, Бертекская) и приподнятые всхолмленные плоскогорья (Чулышманское нагорье, плоскогорье Укок, Улаганское плоскогорье), расположенные на высотах 1500–3000 м.

Здесь свыше 430 карстовых пещер, в т. ч. самая глубокая пещера Сибири – шахта Экологическая, глубиной 345 м.

В республике насчитывается более 20 тыс. водотоков. Наиболее крупные из них Бия (301 км) и Катунь (688 км). Сливаясь, они образуют пятую в мире по длине реку Обь. Среди крупнейших рек Чуя (320 км), Чулышман (240 км), Аргут (232 км), Кокса (179 км). Длина большинства рек не превышает 10 км. Реки республики отличаются полноводностью и обладают колоссальными запасами энергии.

Реки изобилуют водопадами. Например, только в бассейне Катуни их насчитывается около 7 тыс. Большинство из них расположены на небольших реках в пределах Катунского, Северо– и Южно-Чуйского хребтов, в долине р. Чулышман. Крупнейшие алтайские водопады: Текелю, находящийся на одноименной реке, – его высота 60 м, Тегеек (40 м), расположенный на одноименной реке каскад Чульчинского водопада достигает 160 м.

В республике около 7 тыс. озер общей площадью более 600 км^2. Самое большое озеро Алтая – Телецкое (Алтын-Кель), одно из самых глубоких озер России и мира (325 м), гигантский резервуар пресной воды (40 км^2). Телецкое озеро наравне с Белухой традиционно считается символом Алтая.

Особо охраняемые территории и природные комплексы составляют 22 % от общей территории Республики.

Государственный природный заповедник «Алтайский» (объект всемирного наследия ЮНЕСКО).

Государственный биосферный заповедник «Катунский» (объект всемирного наследия ЮНЕСКО).

Сотни озер Горного Алтая связаны с ледниковой деятельностью. Множество живописных подпрудных мореной озер лежит в долинах рек, у верхней границы леса или выше нее, рядом с ледниками и снежниками. Таковы Мультинские, Шавлинское, Аккемское, Кучерлинское, Тайменье и другие озера.

На Чулышманском нагорье, на высоте 2199 м, находится священное для алтайцев озеро Джулукуль, на берегу которого, согласно преданию, появился на свет благословенный Ойрот – герой алтайского эпоса.

На территории Горного Алтая находится 1402 ледника общей площадью 910 км^2. Это гигантские резервуары пресной воды. Самый крупный центр оледенения на юге Алтая – массив Табын-Богдо-Ола (ок. 160 км^2). На Северо-Чуйском хребте развиты долинные ледники: Большой Маашей, Левый Актру, Правый Актру Это один из центров альпинизма. Наиболее крупные ледники сосредоточены в Центральном Катунском хребте. Максимальная концентрация ледников наблюдается близ массива Белухи. На Алтае свыше 2000 источников, родников и ключей, более сотни из них – минеральные (аржаны). Наиболее известны из них Аржан-Суу, Чулышманский, Юстыд, Манжерокский, Чергинский, Мунинский, Рыбалкинский, Айский, Курайский.

На территории Горного Алтая произрастают более 2000 видов растений, 200 из которых встречаются только здесь. Широкий спектр природных зон от засушливых степей до высокогорных тундр обусловил неповторимое разнообразие флоры этой сравнительно небольшой территории.

Леса (горная тайга) занимают около половины площади республики. Преобладают хвойные породы деревьев. Наиболее распространена лиственница. Жемчужиной горных лесов считается кедр (сосна сибирская). Кроме того, в лесах представлены пихта, ель, сосна. Из лиственных пород наиболее распространены береза, осина, тополь. Среди кустарников лесного пояса выделяются маральник даурский, покрывающий ранней весной склоны гор яркими розово-фиолетовыми цветами, можжевельник, жимолость, рябина, крыжовник, малина, смородина, ежевика, дающие прекрасные сочные ягоды.

В низкогорьях Алтая широко распространены пихтовые леса с примесью березы и осины – черневая тайга, встречающаяся, например, в бассейнах р. Лебедь и Бия.

Представляют интерес дикорастущие плодово-ягодные растения региона. Здесь произрастают свыше 40 видов плодово-ягодных растений, отличающихся хорошими вкусовыми качествами, высоким содержанием витаминов, бактерицидными свойствами, к тому же многие виды – ценные лекарственные растения. Около 100 видов растений входят в группу лекарственных, используемых в фармацевтической промышленности. Среди наиболее известных: левзея сафлоровидная (маралий корень), родиола розовая (золотой корень), родиола четырехчленная (красная щетка), бадан толстолистный, валериана, марьин корень (дикий пион), копеечник чайный (красный корень), горечавка, адонис весенний.

Подобно растительному миру, животный мир Республики Алтай также многообразен. В Горном Алтае обитает 62 вида млекопитающих, 11 видов земноводных и пресмыкающихся, 260 видов птиц, 20 видов рыб.

Многие из них занесены в Красную книгу (снежный барс, архар, северный олень, хорь перевязка, кот-манул, белка-телеутка, журавль красавка, черный аист, беркут, балабан, алтайский улар, горный гусь).

В высокогорной части Алтая, для которой характерны суровые природные условия, обитают аргали (горный баран), бун (горный козел), архар, снежный барс, беркут, улар. В Кош-Агачском районе живут верблюды, в чергинском опытном хозяйстве – зубры.