Die Region hatte im Osten circa 230 Kilometer Landesgrenze mit der Schweiz gemeinsam. Diese teilweise natürliche Grenze wurde vom Juramassiv gebildet. Die Franche-Comté lag zwischen diesem und den früheren Regionen Elsass, Lothringen und Champagne-Ardenne im Norden, der Bourgogne im Westen und Rhône-Alpes im Süden.
Der Norden, welcher Teile der Vogesen einschließt, und der Osten mit dem französischen Jura sind gebirgig; die höchste Erhebung bildet der Crêt Pela (1495 Meter) im Département Jura. Das Gebiet ist reich an Wasser; die wichtigsten Flüsse sind die Saône, der Doubs und der Ain. Zudem gibt es vor allem im Département Jura zahlreiche mittelgroße und kleine Seen, die auch touristisch genutzt werden. Der Waldanteil war mit 43 % der höchste aller ehemaligen 26 Regionen Frankreichs; man findet vorwiegend Buchen, Eichen und Tannen. Die Böden eignen sich nicht besonders für intensive Landwirtschaft.
