Județul Tulcea se află în partea de nord a provinciei istorice Dobrogea și este important datorită poziției sale la gurile Dunării și la Marea Neagră. Linia paralelă 45 de grade latitudine nord străbate județul Tulcea în partea centrală, iar meridianul 290 41′ 24″ longitudine vest străbate orașul Sulina, care se află la extremitatea estică a României.
Județul Tulcea este înconjurat de apă pe trei laturi, granița naturală Dunărea la nord cu Ucraina, la vest cu județele Brăila și Galați și la est cu Marea Neagră. Județul Tulcea are graniță terestră numai în partea de sud, cu județul Constanța.
Terenul din județul Tulcea include Horstul Dobrogean la vest, un rest al lanțului munților Hercinic, care include Munții Măcinului, cea mai veche formațiune geologică din țară, și Delta Dunării la est. Acestea, împreună cu complexul Razim-Sinoe care trece și în județul vecin Constanța, acoperă o suprafață de peste 4.000 km2. Delta Dunării ocupă o suprafață de 3,446 km2 în județul Tulcea, reprezentând 40,54% din suprafața județului.
Județul Tulcea este înconjurat de Dunăre, care formează granița naturală la vest și nord. Dunărea este principalul mijloc de transport în județ, cu trei brațe principale: Chilia la nord, Sfântu Gheorghe la sud și Sulina la mijloc.
În amonte de orașul Tulcea, Dunărea se desparte în două brațe, iar în aval de orașul Tulcea, brațul Tulcea se desparte în alte două brațe, Sulina și Sfântu Gheorghe. Brațele Chilia și Sfântu Gheorghe permit numai transportul fluvial, iar brațul Sulina asigură transportul maritim până la porturile Galați și Brăila. La sud de Sfântu Gheorghe se află laguna Razim care pătrunde adânc în județ.
O rețea de canale naturale și artificiale, lacuri și bălți formează un ecosistem unic. În 1990, Delta Dunării a fost declarată rezervație a mediului, ecologică și a păsărilor, sub protecția UNESCO pentru diversitatea florei și faunei sale. Unele dintre acestea sunt resurse locale. Rezervația biosferei Delta Dunării este în patrimoniul UNESCO.
Parcul Național Măcinului a fost creat pentru a proteja speciile rare de plante și animale unice din zona în care se intersectează zonele mediteraneene, balcanice și caucaziene.
Resursele naturale ale județului includ terenurile arabile, viile, pășunile, care permit cultivarea plantelor, creșterea animalelor, apele și bălțile pentru pescuit și vânătoare, pădurile, pentru vânătoare, agrement, protecția mediului, precum și resursele minerale, cum ar fi granitul, cuarțita, calcarul și, în special, Delta Dunării, care este o atracție turistică importantă.
Istoria tulbure a Dobrogei a dus la o diversitate culturală în județul Tulcea, cu o varietate de rase și neamuri care au păstrat identitatea lor în timp ce se împletesc. În 1853, a fost creată Comisia Europeană Dunării pentru a dezvolta comerțul pe Dunăre. Portul Sulina a devenit un port liber, ceea ce a condus la deschiderea canalului Sulina pentru transport maritim. Zona liberă a fost redeschisă în 1977.
