Se localiza en la vertiente oeste, frente al océano Pacífico, de la cordillera Occidental de los Andes, que en algunos de sus picos supera los 5.000 m de altitud (Tutupaca, con 5.806 m; Yucamani, con 5.497 m). No obstante, en el litoral existe una llanura costera de unos 50 km de ancho. Entre ambas regiones fisiográficas se reconoce una desgastada cadena costanera y unas plataformas costeras totalmente desérticas. De entre los profundos valles de los ríos del departamento (como el Sama y el Locumba) que descienden desde los Andes, únicas vegas que rompen la aridez de la región, destaca el de Caplina, en el que se ubica la capital. Las pampas de Cruz Verde y Cabeza de Vaca son ejemplos de lo desértico del departamento, cuya costa está bañada por la corriente fría del Perú o de Humboldt.

La actividad agraria está notablemente restringida a los ‘oasis’ de las vegas, en las que se produce caña de azúcar, vid, algodón, frutales y trigo. La ganadería está representada por rebaños de ovinos, caprinos y auquénidos (vicuña, llama o alpaca). El yacimiento de cobre de Toquepala es de gran riqueza, a lo que hay que agregar la existencia de otros de plata y plomo.

Las principales poblaciones del departamento, como Tacna, que dispone de aeropuerto, Toquepala, Tarata y Las Yaras, están bien comunicadas entre sí, así como con la ciudad chilena de Arica, pues existe una línea de ferrocarril desde 1854. Además, el departamento está surcado por la carretera Panamericana.

Dada su situación geográfica, desde la guerra del Pacífico (1879-1883) hasta la firma del Tratado de Lima (1929) su límite meridional estuvo bajo jurisdicción chilena, en lo que se ha venido en llamar cuestión o disputa de Tacna-Arica. Población (1993), 218.353 habitantes.