Bolivia kan deles inn i to naturgeografiske hovedregioner: høylandet med Andesfjellene, som utgjør de vestlige 2/5 av Bolivia; lavlandet Oriente, som strekker seg østover fra foten av Andesfjellene, og som dekker 3/5 av landets areal.
Andesfjellenes hovedkjeder av granitter og vulkanske bergarter går i retning nord–sør. Den vestlige, Cordillera Occidental, skiller Bolivia fra Chile og har gjennomgående en høyde på 4000–6000 moh. Her ligger landets høyeste fjell, Nevado Sajama, 6542 moh. Øst for denne ligger Cordillera Real med flere topper over 6000 moh., høyeste topp er Illimani ved La Paz, 6322 moh. Mellom de to kjedene ligger høysletta Altiplano, ca. 4000 moh., oppdelt i en rekke bekkener som til sammen dekker ca. 10 % av landets areal. I nordenden, på grensen mot Peru, ligger Titicacasjøen, 3812 moh. Sjøen har avløp gjennom Desaguadero, som renner ut i den grunne Poopósjøen. Lenger sør blir Altiplano tørr og gold, med store saltsletter og saltsjøer (salares). Øst for Cordillera Oriental fortsetter Andesfjellene i ytterligere 300 km med høyder som varierer mellom 1800 og 3000 moh. I nord faller den østlige Cordillera brattere ned mot lavlandet, med dype, trange daler og slukter som kalles Yungas.
Det østlige lavlandet deles av Chiquitoshøylandet i en stor nordlig del og et betydelig mindre område i sør og sørøst. Chiquitoshøylandet er en fortsettelse av Det brasilianske høyland og når enkelte steder 1200 moh. Det nordlige lavland, som i nordøst strekker seg inn i Amazonasbekkenet, dreneres av elvene Rio Madre de Dios, Rio Beni, Rio Marmoré og Rio Guaporé. Det sørøstlige lavland eller Chaco er et flatt område med tallrike grunne sjøer og sumper.