Het kanton Wallis beslaat het overgrote deel van het Rhônedal tussen het begin van de rivier en het Meer van Genève met alle zijdalen en bergen tot aan de waterscheiding, en een klein gebiedje aan de zuidoostkant van de Simplonpas. De aangrenzende kantons zijn Vaud, Bern, Uri en Ticino, en verder grenst Wallis aan Frankrijk en Italië. Wallis wordt gekenmerkt door het Rhônedal.
Het kanton bestaat voor het grootste deel uit hooggebergte: ten noorden van de Rhône liggen de Berner Alpen, met onder andere de bergen Bietschhorn, Jungfrau en Mönch en de Aletschgletsjer en ten zuiden de Walliser of Penninische Alpen, met onder andere de Weisshorn, Matterhorn, Dom en de Monte Rosa. De Dufourspitze (4634 m) in het Monte Rosa-massief is de hoogste berg die (deels) op Zwitsers grondgebied ligt.
De Dom (4545 m) is de hoogste berg die zich geheel in Zwitserland bevindt, de piramidevormige Weisshorn (4505 m) is zeker één van de mooiste bergen van de Alpen, en de Matterhorn (4478 m) zonder twijfel de bekendste. Onder de vele gletsjers spant de Aletschgletsjer de kroon: met een lengte van 23 km en een oppervlakte van 86 km² is het de grootste gletsjer van de Alpen.