La Provincia de Cagliari está situada en la parte meridional de Cerdeña.Dando al sur y a este al Mar Mediterráneo, limitando al norte con las Provincias de Nuoro, de Ogliastra y de Oristán, y al oeste con las Provincias de Carbonia-Iglesias y de Medio Campidano. Se extiende por una superficie de 4.569 kilómetros cuadrados (el 19% del territorio de la región) y comprende 71 municipios, incluido Cagliari, que es capital de Provincia y de Región.

Al igual que en toda la isla, también la Provincia de Cagliari presenta un territorio muy heterogéneo: es considerable la variedad de rocas, minerales, paisajes montañosos, cuevas y costas.

En el interior de la provincia está el Parque Natural Regional Montelargius-Saline, un raro ejemplo de ecosistema presente en areas fuertemente urbanizadas. Se trata de una de las más importantes zonas de Europa por el extraordinario número de aves que allí buscan refugio: solo en el lago de Molentargius habitan 177 de las 330 especies que componen la entera familia de las aves sardas, más de un cuarto de toda la familia de las aves europeas. En algunos periodos del año se pueden superar los 20.000 ejemplares. Entre ellos hay flamencos, garzas y garcetas.