Il territorio di Baunei, punteggiato quasi ovunque da rocce calcaree, si distende nel tratto centro-orientale della Sardegna, nella provincia dell'Ogliastra, un'area di cui rappresenta storicamente e geograficamente il confine a nord, a ridosso di Codula Elune, un'area incontaminata che sfocia nell'omonima cala, più nota ai turisti come cala Luna.
L'agglomerato più importante di Baunei si allunga su un costone calcareo esposto a sud-ovest, suddiviso dalla S.S. 125 (la cosiddetta "Orientale Sarda") che lo connette al quartiere di monte Colcau. A una distanza di 8 km si affaccia sul golfo di Arbatax la frazione di Santa Maria Navarrese, confinante con il borgo di Tancau sul Mare, frazione di Lotzorai.
Anche se Baunei si apre sempre di più a valorizzare turisticamente le sue coste, rimane il netto profilo montano del borgo principale, segnato dall'essere stato per secoli un paese di pastori e caprai. Nel particolare e ripido centro storico spicca la chiesa parrocchiale dedicata a san Nicola di Bari, il cui impianto seicentesco è stato rimaneggiato nel corso del XX secolo. La chiesa è caratterizzata da una copertura a cupola e da un portale ornato, separato dal corpo centrale con funzioni di finta facciata.
Una scoscesa strada asfaltata lunga 4 km si distacca dalla SS 125 e raggiunge Pedra Longa, un pinnacolo aguzzo di roccia calcarea di 128 m che si erge come una guglia direttamente dal mare. Dietro di esso spiccano le cime dei monti Argennas (711 m), Giradili (757 m), Ginnirco (811 m), che si affacciano ripidissimamente sul Mar Tirreno.
Grazie all'esposizione e all'altitudine di 480 m, Baunei si sporge sull'Ogliastra contemplando un anfiteatro di colline e montagne (fra le quali la punta S'Abbadorgiu) su cui si stagliano le vette più alte del Gennargentu.
Quasi tutto l'esteso territorio comunale, 216 km², si sviluppa oltre i 400 m di altitudine, ed è solcato da valli profonde e strette, le codule, tracce di torrenti che sfociano sul mar Tirreno punteggiando estese e ripidissime pareti calcaree, tra falesie, calette, rupi, doline, canyon e valli carsiche. Nell'altopiano di Golgo si apre Su Sterru, la voragine carsica più profonda d'Europa, nei cui pressi si trovano le antiche pozze denominate "As Piscinas" e la chiesa campestre dedicata a san Pietro.
In rapporto a questo territorio non particolarmente fertile, Baunei ha sempre bilanciato la sua economia fra terreni di proprietà comunale e terreni di proprietà privata, mantenendo pressoché incontaminati quasi 40 km di costa e un entroterra originale: tra zone dipinte di blu e di verde, è uno dei tratti più belli, aspri e selvaggi del litorale italiano, con qualità naturalistiche uniche nel mar Mediterraneo.
Il patrimonio faunistico e naturalistico è al centro di sentieri per il trekking, spesso non tracciati con segnavia, che richiedono un cauto approccio, dovuto alla conformazione e l'estensione del territorio stesso; la cosa ha fatto sì che oggi possiamo godere di paesaggi intatti, antichi e immutati. Fortunatamente le guide specializzate accompagnano ogni anno migliaia di esploratori attratti dai paesaggi aspri e dalla presenza di 120 insediamenti risalenti alla civiltà nuragica, 20 tombe dei giganti, 5 templi d'adorazione, e altre opere megalitiche antichissime.
Le poche spiagge si raggiungono via terra attraverso mulattiere oppure via mare lungo tratti di costa incantevoli. Le più note sono cala Elune (o cala Luna), cala Sisine, cala Biriala, cala Mariolu (in sardo viene chiamata Ispuligedenie o Ispuligiadenie", cioè spulciata di neve) e cala Goloritzé.
La flora deriva dalla foresta primaria mediterranea. Predomina la macchia mediterranea, con esemplari di leccio che contano diversi secoli di vita. Diffuso è il ginepro, soprattutto nell'antica e intricata boscaglia che ricopre il capo di Monte Santo.
La fauna è contraddistinta da alcune specie rare, incluse alcune riportate nella Red List dell'Unione internazionale per la conservazione della natura poiché a rischio di estinzione. Sino a qualche decennio fa veniva spesso avvistata la foca monaca; ora questo accade raramente, pare si sia ridotta a pochi esemplari. La costa fa parte degli areali del gabbiano corso, che nidifica solo in ambienti particolarmente intatti. Nidifica inoltre il falco della regina (Falco Eleonorae), che in questo territorio ha la sua colonia mediterranea più popolosa. Sono altresì presenti l'aquila reale, il muflone, l'astore, il falco pellegrino, l'aquila del Bonelli.
Anche l'ecosistema marino non risente particolarmente del modesto inquinamento derivante dagli abitati di Santa Maria Navarrese e della frazione di Dorgali, cala Gonone. Le praterie sottomarine di fanerogame e posidonia oceanica si sviluppano estesamente per tutto l'arco del litorale a profondità non raggiunte in altri siti dalle specie, grazie alla qualità ambientale.
