Alutaguse vald asub Ida-Virumaa kesk- ja lõunaosas ning on tuntud hõreda inimasustuse, suurte soode ja metsade poolest.
Alutaguse valla maastikke ilmestavad eelkõige metsad ja sood. Ligi kaks kolmandikku (63%, 92237 ha) maakatastrisse kantud kõlvikutest on metsamaa. Haritavat maad on vaid 8% (12338 ha) ja looduslikku rohumaad 2% (3580 ha) valla pindalast.
Valla idapiiril voolab Eesti suurima vooluhulgaga Narva jõgi. Jaama ja Karoli vanajõgede ja jõeloogete vahele kujunenud lopsakate luhaniitudega on Narva jõe ülemjooksule kujunenud omalaadse maastik, mida kutsutakse Struugaks.
Narva jõest läänes laiub hiiglaslik Puhatu soostik, mis koos Agusalu soostikuga on üks viimaseid suuri siirdesooalasid Eestis. Alutagse sümbolpinnavormiks on Eesti ainsad mandriluited ehk kriivad. Need on kuni paarikümne meetri kõrgused, kitsad ja kuni kolme kilomeetri pikkused edela-kirdesuunalised liivaluited, mis tekkisid viimase jääaja lõpus liustikest maha jäänud setteist.
Valla lääneosas asub legendaarne ja paljudest rabalaamadest koosnev Muraka raba. Alutaguse soodes pesitsevad kõik meie olulised sookahlajad nagu mudatilder, rüüt, väikekoovitaja, mudanepp ja kanalistest haruldane rabapüü.
Alutaguse valla lõunapiiri ehib Peipsi järv. Siin on Eesti pikim liivarand ja luitestik, mille kõrgemad tipud tõusevad Alajõel kuni 20 m üle järvepinna. Peipsi põhjaranniku liivaterad tekitavad hõõrdudes heli, moodustades nn „laulva liiva".
Valla peamine osa lasub Alutaguse madalikul. Vaheldusrikkal maastikul kasvavad Alutaguse metsad on eriilmelised. Kõige rohkem on kiduraid siirdesoo- ja rabametsi. Raskesti ligipääsetavates ja seetõttu inimtegevusest vähem mõjutatud aladel on säilinud tükikesi liigirikaste, põlismetsailmeliste loodusmetsade ja haruldaste metsaliikidega. Alutaguse piirkond on oluline kümnetele ohustatud ja haruldastele vana metsa liikidele, näiteks habekakule, metsisele, lendoravale, männisinelasele, kõdu-koralljuurele, lehitule pisikäpale, limatünnikule.
Alutaguse soostikke liigestavad Sildoja-Mäetaguse ja Iisaku-Illuka-Kurtna oosistikud, mille kõrgemateks punktideks on Tärivere magi (94m) ja Kuremägi (92 m). Kurtna mõhnastikus paikneb Eesti suurim järvestik, kus ligi 30 ruutkilomeetri suurusel alal paikneb 40 eriilmelist järve. Jõugal asub kahe rööpse oosaheliku vahel pikkades nõgudes 5 järve. Tudulinna ümbrust ilmestavad kõrged moreenkuhjatised.
Valla põhjaosa hõlmab Viru lavamaa Jõhvi kõrgustik. Siin on maapind veidi lainjas ja seda katab enamasti õhuke lubjarikas moreenkiht. Mäetagusel kasvab üks põhjapoolsemaid tammikuid Euroopas. Siinseid liigirikkaid puisniite ja -karjamaid ehivad kuni 300-aastaseid puud. Alutagusel võib kohata viit kotkaliiki ja rabapistrikku.
Alutaguse valla põhjaosa on tugevalt mõjutanud põlevkivi kaevandamine ja toonud aastakümnete jooksul maastikku pöördumatuid muutusi. Lisaks kõrgetele aherainemägedele on kaevandamise tagajärjel langenud põhjavee tase. Paljud allikad on kadunud ning külade kaevud tühjaks jäänud.
Vallas on mitmed liiva- ja kruusakarjääre. Pannjärvel, Kurtna mõhnastikus avati 1964. a. piirkonna suurim liivakarjäär (ligi 82 ha ja 25 m sügav). Kaevandamise tagajärjel kujunes sinna kõrgete mõhnade asemele ligi 45 ha suur ja 9 m sügav tehisjärv. Tehisjärved on tekkinud ka Tärivere ja Tudulinna kruusakarjääri. Väiksemad karjäärid asuvad Mäetagusel, Kalinal ja Iisaku ümbruses. Suuremad turbaväljad asuvad Kalinal (kaevandamine lõpetatud) ja Kasesoos.
Vasavere veehaarde tõttu on langenud Kurtna mõhnastikus põhjavee tase ja seetõttu alanenud mitme Kurtna järve veetase.
Alutaguse looduskaitseala ajalugu algas 1938. aastal, kui kaljukotkaste pesitsusala kaitseks loodi Ratva rabareservaat (1110 ha). Ratva oli Eesti esimene soo- ja tol ajal ka kõige suurem kaitseala. 2018. aastal ühendati Puhatu, Agusalu, Muraka ja Selisoo looduskaitseala, Iisaku, Kurtna, Smolnitsa, Jõuga, Struuga ja Mäetaguse maastikukaitseala ning Narva jõe ülemjooksu hoiuala Alutaguse rahvuspargiks. Lisaks on kaitse all ka mitmeid lendorava ja metsiste püsielupaiku.