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사우디아라비아의 중앙고원은 세로로 좁다랗게 내려간 홍해 해안평야를 끼고 가파르게 솟아 장엄한 급경사면을 이룬다(→ 티하마). 이 해안 산악지대는 북부 헤자즈(알히자즈) 지방에서 고도 1,500m에 이르며 남부 아시르 지방에서는 해발고도 3,000m를 넘는다.

고원은 북동쪽으로 내리막을 이루는데 이중 용암과 자갈로 된 고원 황무지는 아치형을 이루는 광대한 몇몇 사막지대로 통합된다. 면적이 약 5만 7,000㎢인 북부의 나푸드 사막과 약 65만㎢의 면적을 가진 남부의 룹알할리(영어 이름은 Empty Quater) 대사막은 세계 최대의 연속 사막지대이다. 세로로 활 모양으로 생긴 여러 개의 산등성이들, 즉 케스타들과 다나 사막(1,450㎢)이 남부와 북부의 사막들을 연결한다.

전체적인 지형은 사막으로부터 동쪽으로 서서히 경사져 내려가다가 페르시아 만 연안의 알하사 지방에 이르러 저지 늪지대와 솔트 플랫을 형성한다. 페르시아 만의 해안선은 블규칙적이고 연안해역은 수심이 대단히 얕다. 1년 내내 끊이지 않고 흐르는 영구천은 전혀 없다. 전반적인 담수 공급은 지하수를 통해 이루어지고 얼마간은 오아시스와 같은 지표수로 이루어진다.

그밖에 수많은 내륙의 와디(강우기에만 물이 흐르는 사막지대의 특징적인 건곡)와, 지하 깊숙이 있는 대수층의 물이 투수되면서 채워지는 지하수를 끌어낸 우물에서 급수가 이루어지기도 한다. 사우디아라비아에서 경작가능한 토지의 0.5%가 관개에 의존한다. 토양은 매우 척박해서 토양을 형성한 기반암의 구조를 잘 나타내준다. 광대한 지역이 크기가 고르지 않은 자갈들로 뒤덮여 있다. 와디와 강 유역과 오아시스 등지에서는 퇴적층이 발견된다.

사우디아라비아는 거의 전지역이 하나의 사막으로서 뚜렷한 3개의 기후지대로 나뉜다. 첫째 지대는 예멘 국경 가까이에 있는 아시르 지방으로, 연평균강우량 480㎜ 정도이며 습윤·온화한 기온을 나타낸다. 지역의 분포는 그리 넓지 않다. 둘째 지대는 서부 산악지대를 따라 초원지대가 펼쳐져 있는데 북부는 동서너비가 160km 미만이지만 메카 부근에서는 그 너비가 거의 480km에 이른다. 셋째 지대는 전국토의 95% 이상을 차지하는 건조한 불모 사막지대와 반건조 사막지대이다. 룹알할리 사막에서는 10년 동안 비가 전혀 내리지 않는 경우도 종종 있다.

전국 기온은 겨울철이 14~23℃로서 상대적으로 시원한 편이고, 여름은 지독한 더위를 보여 6∼8월에는 38℃가 넘으며 종종 54℃까지 올라가기도 한다. 습도는 해안지대가 특히 높고 그 이외의 지역은 낮은 편이다. 식생으로는 유목민들이 사육하는 양과 염소의 사료가 되는 약간의 목초와 관목들이 있다. 도처에서 발견되는 대추야자는 이 나라에 가장 널리 퍼져 있는 자생 나무이다. 야생동물로는 늑대·하이에나·여우 등이 있으며 가젤·표범·산양 등 몸집이 좀더 큰 동물들도 있다.

사우디아라비아의 석유매장량은 세계 총매장량의 약 1/4을 차지하는 것으로 추산되며, 천연 가스 매장량은 세계 총매장량의 약 4%를 차지한다. 보크사이트·금·구리·납 등 고품위철광석도 매장되어 있다.