Szatmárcseke az ország leg észak-keletibb csücskében fekszik. A táj szépségét éppen hátránya adja, mivel nehezen megközelíthető, távol esik minden nagyobb településtől.
Földrajzilag a megye változatos, dombság és síkság is található itt. Két tájegységre tagolható, a Nyírségre és a Felső-Tisza-vidékre. Az Alföld legkeletibb részét alkotó Nyírség kb. 78%-a tartozik a megyéhez, a Felső-Tisza-vidék kistájai közül a Rétközteljes mértékben, a Szatmári-síkságnak, a Beregi-síkságnak és az Ecsedi-lápnak pedig egy-egy része tartozik a megyéhez. A megye legmagasabb pontja a Kaszonyi-hegy (240 m), de jelentős még a Hoportyó (183 m) is.
Éghajlata kontinentális. Az Alföldön itt a leghidegebb a tél.
A megye legnagyobb folyója a Tisza. Ukrajnából Tiszabecsnél lép Magyarországra, és a megyét Tiszadobnál hagyja el. A megye további jelentősebb folyóvizei a Szamos, a Túr, a Kraszna, valamint a Lónyai-főcsatorna (Keleti-főcsatorna). Nagyobb állóvizei aNagyvadas-tó (124 hektár), a Királyteleki-tó (23 hektár), valamint Nyíregyházán a Bujtos-tó és a Sóstó.
A megyében sok helyen található érintetlen természeti környezet, ahol igen ritka növény- és állatfajok fordulnak elő.
Lásd még: Szabolcs-Szatmár-Bereg megye védett természeti értékeinek listája