La comuna de Chaitén se localiza entre los paralelos 42º30’ y 43º30’ de latitud sur, en una estrecha de franja entre los meridianos 72º y 73º Oeste, la cual no supera los 50 kilómetros.
Morfológicamente, el terreno corresponde a una continuación de la Cordillera de los Andes, la que ha sufrido diversos procesos erosivos, principalmente de origen glacial, que la hacen descender abruptamente hacia el mar en forma de valles y fiordos y que presenta montes de baja y mediana altura, los cuales no superan los 2.500 msnm. Este tipo de erosión también produjo, hace decenas de milenios, el hundimiento de la depresión intermedia bajo el Océano Pacífico, naciendo el golfo de Corcovado que separa así el sector de Palena delarchipiélago de Chiloé.
Dentro de los principales accidentes geográficos de la zona se encuentran los volcanes Michimahuida (2.404 msnm), el Corcovado(2.300 msnm) y el Chaitén (962 msnm), todos ubicados a poca distancia de la costa. El principal curso fluvial corresponde al río Yelcho, que cruza la comuna desde el gran lago Yelcho hasta su desembocadura, al sur de la localidad de Chaitén. Gran parte de su recorrido es navegable y su cuenca tiene un total de 11.000 km² que cruza a las comunas vecinas e incluso hasta Argentina. Existen otros cauces menores, destacando los que dan origen al fiordo Comau y al fiordo Reñihue, entre los cuales surge la península de Comau, en el límite norte de la comuna.
El clima de Chaitén es usualmente descrito como un clima templado frío con una mayor presencia de precipitaciones durante la temporada invernal (mayo a julio), con cifras que bordean los 3.000 mm de agua caída anualmente en la capital comunal y que descienden hacia los valles del interior más protegidos. La temperatura en promedio no supera los 10 °C y los vientos predominantes provienen desde el oeste. La flora de la región está compuesto por tres tipos de bosque nativo: el bosque siempreverde (compuesto principalmente por coigüe), el bosque de alerces y el bosque de altura, donde la lenga y el ñirre predominan. Dentro de la fauna destacan diversas especies como el puma, el cóndor, el quique, el huillín, chungungos y coipos. Para la protección de la flora y la fauna, gran parte de la superficie comunal corresponde a áreas silvestres protegidas destacando el Parque Nacional Corcovado y el Parque Pumalín.