In het westen en zuiden wordt het bekken begrensd door de Sierra Madre, in het oosten door het Mayagebergte. In het noorden grenst het met het schiereiland Yucatán, waar het in feite een voortzetting van is. Evenals Yucatán bestaat het Bekken van Petén voor een groot deel uit kalksteen. Wel is het gebied heuvelachtiger, en zijn er in tegenstelling tot in Yucatán grote rivieren en meren te vinden. In het noordwesten, in de 'punt' van Guatemala, is een groot moerasgebied. Het Bekken van Petén is voor een groot deel bedekt met regenwoud, wel is in het zuiden ontbossing een probleem.