En el litoral gaditano, que en su parte occidental forma la hermosa bahía de Cádiz, se enlazan el Mediterráneo y el Atlántico y se enfrentan Europa y África. Morfológicamente Cádiz está constituida por dos unidades diferentes: al N y al O se extiende el final de la llanura bética, cuyas formaciones aluviales tienen una horizontalidad casi perfecta en la región de las marismas, extendida a orillas del Guadalquivir, y van ondulándose hacia el S en una serie de colinas arcillosas y calizas, como las que sostienen Arcos, Chiclana y Vejer en la antigua «Frontera», separadas por amplias depresiones pantanosas; el S y el E está integrado por las últimas estribaciones de las Cordilleras Béticas. Pueden distinguirse dos alineaciones principales, continuación de las dos grandes unidades béticas; desde el N las serranías de Algodonales, Grazalema, Ubrique y Luna describen un amplio arco que finaliza en las puntas de Tarifa y Trafalgar y está cortado por los altos cursos del Guadalete y el Barbate; al SE, tras el profundo valle del Guadiaro, el término de la Penibética: Sierra Carbonera y el gran tómbolo de Gibraltar.
La disposición del relieve explica el típico litoral gaditano que, entre la desembocadura del Guadalquivir y del Guadiaro, presenta tres secciones desiguales: 1) la puramente atlántica, hasta Trafalgar, que es la más extensa, de tipo bajo y arenoso, con la bahía de Cádiz, resguardada del Océano por el tómbolo gaditano y sujeta a una creciente colmatación por los aluviones del activo Guadalete, origen de una laberíntica masa pantanosa, en la que resaltan los islotes rocosos que sostienen Cádiz y San Fernando; 2) la del Estrecho, que, iniciada en Trafalgar, termina, tras un sector abrupto roto por el río Barbate, en el amplio seno casi circular de la bahía de Algeciras; y 3) la mediterránea, de escasa longitud, constituida por una sucesión de playas arenosas.
El clima recuerda al del valle del Guadalquivir. Su situación frente al Atlántico determina una elevada pluviosidad, sobre todo en los macizos montañosos orientales al oeste, que reciben de las más elevadas precipitaciones españolas, con 2300 mm en la Sierra de Grazalema. En cambio el litoral, mucho más seco, no rebasa lo; 500 mm y son nulas en casi toda la provincia las precipitaciones estivales. El régimen térmico es el típico de la depresión bética: temperatura media elevada (17 °C), con inviernos suaves (10-12 °C) y veranos calurosos (23-27 °C). La vegetación se adapta a las diferencias físicas; la zona litoral está dominada por especies resinosas, como el pino piñonero y el eucalipto, introducidos recientemente; en cambio, las zonas montañosas están cubiertas de vegetación frondosa: quejigos, encinas y algarrobos.
