Vaucluse maakt deel uit van de regio Provence-Alpes-Côte d'Azur, in het zuidoosten van Frankrijk, met een oppervlakte van 3.567,3 km2 . Het departement heeft een exclave in het noorden, het kanton Valréas, dat volledig wordt omringd door het departement Drôme.
Het departement grenst aan 3 regio's en 6 andere departementen:
Er zijn verschillende bergketens in het departement Vaucluse, voornamelijk in de oostelijke helft; van noordoost naar zuidoost zijn dat:
- Dentelles de Montmirail, een kleine keten van kleine bergen; het hoogste punt is Crête de Saint-Amand, 730 m hoog.
- Vaucluse (Frans: Monts de Vaucluse). De hoogste top in het departement Vaucluse is Signal de Saint-Pierre, 1.256 m hoog.
- Luberon Massif, in het zuidoosten van het departement; het hoogste punt is Mourre Nègre, 1.125 m hoog. De keten ligt in het Regionale Natuurpark van de Luberon (Frans: Parc naturel régional du Luberon).
De hoogste berg van het departement is de Mont Ventoux (44°10′26″N 5°16′43″E / 44.17389°N 5.27861°E) die 1.911 m hoog is. Het staat alleen ten noorden van de Luberon, gescheiden door de Vaucluse, en aan de oostelijke voet van de Dentelles de Montmirail.
Er zijn verschillende valleien en vlakten in het departement. De belangrijkste vlakte is de vlakte van Comtat waar de meeste bevolking van het departement woont. Het ligt ten zuiden en westen van de Mont Ventoux en heeft de Rhône rivier in het westen, de Durance rivier in het zuiden en het Vaucluse gebergte in het oosten.
De belangrijkste rivieren zijn de Rhône en de Durance, een zijrivier van de Rhône. Andere rivieren zijn zijrivieren van deze twee rivieren.
Klimaat
Het klimaat in Avignon, op een hoogte van 56 m, is van het subtype Csa (mediterraan klimaat) in de Köppen-klimaatclassificatie.
De gemiddelde jaartemperatuur in Avignon is 14,4 °C. De warmste maand is gemiddeld juli met een gemiddelde temperatuur van 23,3 °C. De koelste maand is gemiddeld januari, met een gemiddelde temperatuur van 5 °C.
De gemiddelde jaarlijkse hoeveelheid neerslag in Avignon bedraagt 617,2 mm. De maand met gemiddeld de meeste neerslag is oktober met 83,8 mm neerslag. De maand met de minste neerslag is januari met gemiddeld 22,9 mm.