Frans Guyana grenst aan twee landen: Suriname in het westen, en Brazilië in het oosten en zuiden. In het noorden ligt de Atlantische Oceaan. Er zijn twee belangrijke geografische regio's: een kuststrook waar de meerderheid van de bevolking woont, en een dicht regenwoud dat geleidelijk oploopt tot de bescheiden toppen van het Tumuc-Humacgebergte langs de Braziliaanse grens.
Het hoogste punt van het departement is Bellevue de l'Inini (3°35′N 53°31′W / 3.583°N 53.517°W / 3.583; -53.517 (Bellevue de l'Inini)) in de gemeente Maripasoula; het is (851 m (2.792 ft)) hoog. Andere bergen zijn de Mont Machalou (782 m), de Pic Coudreau (711 m) en de Mont St Marcel (635 m).
Voor de kust liggen verschillende kleine eilanden, de drie Îles du Salut waartoe ook Duivelseiland behoort, en de geïsoleerde Îles du Connétable verder langs de kust richting Brazilië.
De stuwdam van Petit-Saut in het noorden van het departement vormt een kunstmatig meer en zorgt voor hydro-elektriciteit. Er zijn veel rivieren in Frans Guyana.
Het is het Franse departement met de meeste bossen, 98% van het departement is bedekt met een equatoriaal bos.
Vanaf 2007[update], wordt het Amazone regenwoud in het meest zuidelijke deel van het departement, beschermd als het Amazone Park van Guyana, één van de tien nationale parken van Frankrijk. Het grondgebied van het park beslaat ongeveer 33.900 vierkante kilometer (13.100 sq mi) in de gemeenten Camopi, Maripasoula, Papaïchton, Saint-Élie en Saül.
Klimaat
Het klimaat in Cayenne, op een hoogte van 9 m (30 ft) boven zeeniveau, is van het subtype Af (Tropisch Regenwoud Klimaat ook bekend als Equatoriaal Klimaat) in de Köppen klimaatclassificatie.
De gemiddelde jaartemperatuur in Cayenne is 26,7 °C (80,1 °F). De warmste maand is gemiddeld september, met een gemiddelde temperatuur van 27,2 °C (81,0 °F). De koelste maand is gemiddeld januari, met een gemiddelde temperatuur van 26,1 °C (79,0 °F).
De gemiddelde hoeveelheid neerslag voor het jaar in Cayenne is 3.205,5 mm (126,2 in). De maand met de meeste neerslag gemiddeld is mei met 513,1 mm (20,2 in) neerslag. De maand met gemiddeld de minste neerslag is september met gemiddeld 43,2 mm (1,7 in). Gemiddeld valt er 201,0 dagen neerslag, waarbij de meeste neerslag valt in mei met 27,0 dagen en de minste neerslag in september met 5,0 dagen.