L'étroite bande de terre sur la côte où se situe Tripoli est la seule où les précipitations la rende cultivable. C'est également à cet endroit que se concentrent les 90% de la population. Au nord-est, la région du Djebel Akhdar est sans conteste la plus verte et la plus agréable du pays. A l'intérieur des terres, c'est en revanche le désert qui prédomine, mais l'on trouve plusieurs communautés vivants dans les oasis. A l'extrême sud se trouvent les massifs du Tibesti et du Tassili, au centre du Sahara. La mer de sable du Calancho se situe à l'est, près de la frontière égyptienne et, à l'ouest, on trouve celles de Mourzouk et d'AwbÄrï.

Le pays ne compte aucune rivière permanente mais seulement quelques oueds (cours d'eau), qui ne coulent en fonction des précipitations. La découverte de vastes nappes phréatiques dans le Sud et le Sud-Est a entraîné la construction d'un pipeline géant, la Grande Rivière Artificielle, pour apporter l'eau à l'industrie et à l'agriculture des zones côtières. Ce fut l'un des projets les plus ambitieux et les plus chers de toute l'histoire.

A l'intérieur des terres, la végétation se concentre surtout dans les oasis, où s'épanouissent palmiers, figuiers et lauriers. On trouve également parfois dans le désert, des acacias qui viennent apporter un semblant d'ombre au milieu de l'aridité. Sur la côte on retrouve la végétation habituelle des pays méditerranéens, y compris certaines zones dédiées à la culture des olives ou des agrumes.

Dans les périodes de migration, de nombreux oiseaux passent par la Libye et l'on peut donc admirer de nombreuses espèces à travers tout le pays. Le chameau est l'animal le plus fréquemment rencontré dans le désert mais l'on peut également parfois apercevoir des troupeaux de gazelles dans les zones reculées ou, la nuit, on croise parfois le chemin de fennecs (petits renards aux grandes oreilles). Les lézards, les serpents (dont certains sont vénéneux) et les scorpions font également partie de la faune du désert.