Le relief de la région est constitué par des collines de Vendée au sud, et au nord de la Sarthe et de la Mayenne par les Coëvrons, les Alpes Mancelles, la Forêt de Perseigne et les collines du Perche. Le point culminant est le mont des Avaloirs (417 mètres). Le Sillon de Bretagne, qui est la continuité des landes de Lanvaux du Morbihan, se termine au promontoire de la butte Sainte-Anne à Nantes. La plus grande partie de la région est située sur le massif armoricain. Seule la partie est sur un bassin sédimentaire : la moitié est du département de Maine-et-Loire et le département de la Sarthe à l'est des hauteurs de Coëvrons, soit les trois quarts de ce département. Cette partie de la région est d'un point de vue topographique très proche de la région centre.

La région est bordée par l'océan Atlantique et possède deux îles importantes, Noirmoutier et l'Île d'Yeu. Les côtes sont alternativement rocheuses et sablonneuses, Côte Sauvage au nord de l'embouchure de la Loire, Côte de Jade entre la Loire et l'île de Noirmoutier, Côte de Lumière en Vendée.

Plusieurs marais gagnés sur la mer au cours des siècles ponctuent le littoral, la Brière près de Saint-Nazaire, le Marais Breton au nord de la Vendée et le Marais Poitevin au sud.

La Cathédrale du Mans, le Château d'Angers sont les édifices les plus visités de la région. La Nuit des Chimères et la tapisserie de l'Apocalypse sont des événements majeurs de la région en période estivale.