Francouzská Guyana sousedí se dvěma zeměmi: Na západě sousedí se Surinamem a na východě a jihu s Brazílií. Na severu ji omývá Atlantský oceán. Rozlišují se zde dvě hlavní zeměpisné oblasti: pobřežní pásmo, kde žije většina obyvatel, a hustý deštný prales, který se postupně zvedá ke skromným vrcholkům pohoří Tumuc-Humac podél brazilské hranice.
Nejvyšším bodem departementu je Bellevue de l'Inini (3°35′N 53°31′W / 3.583°N 53.517°W / 3.583; -53.517 (Bellevue de l'Inini)) v obci Maripasoula; je vysoký (851 m). Dalšími horami jsou Mont Machalou (782 m [2 566 stop]), Pic Coudreau (711 m [2 333 stop]) a Mont St Marcel (635 m [2 083 stop]).
U pobřeží se nachází několik malých ostrovů, tři ostrovy Îles du Salut, mezi něž patří Ďáblův ostrov, a izolované ostrovy Îles du Connétable, které se nacházejí dále podél pobřeží směrem k Brazílii.
Přehrada Petit-Saut na severu departementu vytváří umělé jezero a dodává vodní energii. Ve Francouzské Guyaně je mnoho řek.
Je to francouzský departement s větším množstvím lesů, 98 % jeho území pokrývá rovníkový les.
Od roku 2007[aktualizace] je amazonský deštný prales v nejjižnější části departementu chráněn jako Guyanský amazonský park, jeden z deseti národních parků Francie. Území parku se rozkládá na ploše přibližně 33 900 km² v obcích Camopi, Maripasoula, Papaïchton, Saint-Élie a Saül.
Klima
Podnebí v Cayenne, které se nachází v nadmořské výšce 9 m, patří podle Köppenovy klimatické klasifikace k podtypu Af (podnebí tropických deštných lesů, známé také jako rovníkové podnebí).
Průměrná roční teplota v Cayenne je 26,7 °C. Nejteplejším měsícem je v průměru září s průměrnou teplotou 27,2 °C (81,0 °F). Nejchladnějším měsícem je v průměru leden s průměrnou teplotou 26,1 °C (79,0 °F).
Průměrný roční úhrn srážek v Cayenne je 3 205,5 mm. Měsícem s největším množstvím srážek je v průměru květen s 513,1 mm srážek. Měsícem s nejmenším průměrným úhrnem srážek je září s průměrným úhrnem 43,2 mm. Průměrný počet srážkových dní je 201,0, přičemž nejvíce srážek spadne v květnu - 27,0 dní a nejméně v září - 5,0 dní.