La Serbie occupe le centre de la péninsule balkanique, à la charnière de l'Europe centrale et de l'Europe du Sud-Est. Son territoire couvre environ 77 600 kilomètres carrés sans le Kosovo, et près de 88 500 kilomètres carrés lorsque cette province est comptée. Le pays n'a aucun accès à la mer et communique avec le reste du continent par la vallée du Danube et par les grands axes qui relient l'Europe centrale à la mer Égée.
La Serbie se trouve à mi-chemin entre Vienne et Athènes, sur le couloir de circulation qui suit la Morava puis le Vardar. Belgrade, bâtie au confluent de la Save et du Danube, commande ce carrefour et concentre l'essentiel des activités du pays.
Le nord du pays appartient à la plaine de Pannonie. La Voïvodine y déroule des terres basses, souvent situées à moins de cent mètres d'altitude, couvertes de loess et de sols noirs qui portent la principale région agricole serbe. Seule la Fruška Gora, longue crête boisée culminant à 539 mètres, rompt cette platitude. Au sud du Danube et de la Save, le relief se soulève et se fragmente en massifs dinariques à l'ouest, carpatiques et balkaniques à l'est. Le Kopaonik, la Zlatibor et la Stara Planina dépassent 1 500 mètres, et le Midžor atteint 2 169 mètres.
Le Danube traverse la Serbie sur 588 kilomètres. Il entre depuis la Hongrie, longe la Croatie puis la Roumanie et franchit les gorges des Portes de Fer, qui séparent les Carpates des montagnes des Balkans. La Save le rejoint à Belgrade, après avoir séparé la Serbie de la Bosnie-Herzégovine. La Tisza descend de Hongrie et traverse la Voïvodine du nord au sud. Venue du sud du pays, la Morava draine la Serbie centrale et se jette dans le Danube en aval de la capitale.
La Serbie partage plus de deux mille kilomètres de frontières terrestres avec huit voisins, la Hongrie au nord, la Roumanie et la Bulgarie à l'est, la Macédoine du Nord au sud, l'Albanie et le Monténégro au sud-ouest, la Bosnie-Herzégovine et la Croatie à l'ouest. La limite avec l'Albanie passe par le Kosovo, dont l'indépendance proclamée en 2008 n'est pas reconnue par Belgrade.
Cinq parcs nationaux protègent les milieux les plus remarquables. La Fruška Gora associe forêts et monastères, le Đerdap suit les gorges du Danube, la Tara domine la vallée de la Drina, le Kopaonik réunit forêts d'altitude et domaine skiable, et la Šar Planina se situe au Kosovo.