全岛大部分为山地，地势东高西低，有四座以上的锥形火山峰，其中阿贡火山（巴厘峰）海拔3142米，为岛上最高点；也有仍在活动期的巴杜尔火山。

该岛地处热带，属于热带干湿季气候，干湿季相当分明，雨季（10月至隔年3月）时吹西北季风，干季（4月至9月）时则吹东南季风。（这样的季风形态使得海上交通变得困难，是巴厘岛与外界联络不易的一个原因，因此才有独立的历史发展。）干季期间，东部和北部经常降水不足，此外雨季时可能一整天都无降雨，也可能有两至三小时的降雨，有时降雨过盛会造成道路30公分以上的积水。

巴厘岛一整年的气温大多没有变化，最低平均气温约24度，最高平均气温约31度，平均湿度约为78%。天气大多炎热潮湿，体感温度偏高。