Está separado del mar Caribe por la sierra Nevada de Santa Marta. Tiene una extensión de 22.905 km² y un clima variado que oscila desde las partes altas de la sierra Nevada hasta las zonas bajas de los ríos y ciénagas.

El territorio del departamento tiene una variada geografía en la zona montañosa, en las estribaciones de la cordillera Oriental de los Andes, donde se encuentran la sierra Nevada de Santa Marta, con los picos Bolívar y Colón (5.700 m), declarada en 1977 Parque nacional natural de Los Motilones, conocida también como sierra de Perijá o serranía de Valledupar, con los cerros de Jurisdicción (3.850 m), Negro (3.200 m) y la sierra de Ocaña y Schail (2.350 m).

Las zonas bajas están compuestas por ciénagas y ríos; entre las primeras se encuentran las de Zapatoca, Pancuiche, Pajangua, Alfaro y Guamal. En estas sierras nacen varios ríos que riegan el territorio, como el Cesar, Anguani, Calenturitas, Sicarare, Jobo y Manaure; otros ríos que bañan estas tierras son el Magdalena, el Lebrija, el Guatapurí y el Badillo. La variedad climática le permite a este departamento tener una variedad amplia en fauna y flora.

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