Genom Etiopiska höglandet, från sydväst till nordöst, skär Afrikas stora förkastningsspricka Great Rift Valley, som är mellan fyra och sex mil bred. Här bildas det stora Awashbäckenet med floden Awash som mynnar i den salta Abbesjön vid gränsen till Djibouti. Öster om höglandet ligger den glest befolkade Afarsänkan (eller Danakilsänkan), ett ökenområde med aktiva vulkaner. Här återfinns Kobarsänkan som ligger drygt 100 meter under havsytan.
På Etiopiska höglandet växte förr barrskog, men den har genom åren skövlats i jakten på ved. Numera finns skog bara kvar i svårtillgängliga områden. I lågländerna i sydväst växer regnskog. Här frodas också den etiopiska vilda kaffebusken. I söder och sydöst finns stäpp och torrsavann.
Djurlivet i Etiopien är rikt och det finns ett antal arter som inte existerar någon annanstans, bland dem etiopisk varg (eller abessinsk schakal) och babianen gelada. Landet har flera nationalparker, varav Awash, Balebergen, Omo och Simenbergen är de mest kända.
Etiopien brukar delas in i tre klimatzoner. Merparten av invånarna bor i mellanzonen på mellan 1 700 och 2 400 meters höjd över havet. Här ligger temperaturen mellan 16 och 30 grader.
På höjder över 2 400 meter är det svalt; ibland går temperaturen ner till noll grader. I låglandet ligger dagstemperaturerna på cirka 27 grader och uppåt. I Danakilöknen har några av jordens högsta temperaturer uppmätts. Dallol, som ligger här, betraktas som den plats på jorden som har högst medeltemperatur (drygt 34 grader året om).
Nederbörden varierar också kraftigt mellan olika områden. I större delen av Etiopien faller den mesta nederbörden från mitten av juni till september. I stort sett hela högplatån får minst 1 000 millimeter regn om året – i väster det dubbla. På höglandet i norr och i de flesta låglandsområden är det betydligt torrare.
Regnmängderna kan även variera kraftigt från år till år, och de varma, låglänta delarna av östra Etiopien är extremt sårbara för torka (se Jordbruk och fiske).
Återkommande långa torrperioder i landet är kända sedan tiden före vår tideräkning. Svår torka i kombination med utbredd jordförstörelse har vid flera tillfällen lett till svältkatastrofer, bland annat i början av 1970-talet, i mitten av 1980-talet och i slutet av 1990-talet.