El departamento Valle Grande, ubicado en la región centro-este de la provincia de Jujuy, tiene la particularidad de concentrar en su superficie tanto sectores puneños al norte como selváticos de las Yungas hacia el sur. Limita al oeste con el departamento de Tilcara, al norte con el de Humahuaca, al sur y el este con el de Ledesma y también al este con la provincia de Salta. Buena parte del territorio es longitudinalmente atravesada por el río Grande o Valle Grande que, luego de recibir el aporte de diversos afluentes, desemboca en el San Lorenzo, antes de pasar por inmediaciones de la ciudad de Libertador General San Martín, en el departamento Ledesma. Cercanos a las márgenes de este curso de agua se localizan los pueblos de Valle Colorado, Valle Grande (cabecera del departamento) y San Francisco, que son unidos además por la Ruta Provincial 83. Otras localidades en la zona de yungas son San Lucas, Santa Bárbara, Alto Calilegua y Pampichuela, sin acceso carretero, excepto la última. En la parte puneña se destacan Caspalá y Santa Ana, a las que se llega desde la ciudad de Humahuaca a través de la Ruta Provincial 73. Todos estos caminos, tanto los vehiculares como los peatonales, suelen ser destruidos por las lluvias estivales, por lo que los pueblos quedan temporariamente aislados. Varios tramos del Camino del Inca discurren por Valle Grande y son utilizados hoy por los habitantes para desplazarse de un pueblo a otro, como por ejemplo el que une Santa Ana con Valle Colorado (ver fotos).
Los cursos de agua que recorren la superficie del departamento son numerosos: el ya mencionado río Valle Grande y sus afluentes, como los ríos San Lucas, Jordán, San Francisco, Santa Rosa, Acheral, Sunchal, Duraznal o Tormenta y Yerba Buena y los arroyos Santa Bárbara, Bañados y Alumbria. Es importante señalar que existen varios surgentes de aguas termales, destacándose las curiosas formaciones del río Jordán, donde se formaron piletones unidos por pequeñas cascadas (ver fotos).
El relieve de Valle Grande tiene marcadas diferencias de altura, tanto que muchos de los senderos construidos por el hombre a lo largo de los siglos tienen largos tramos de escaleras. Hay picos muy elevados, como el Amarillo, el Hermoso, el Blanco, el Mudana, el Corralito y el Mojón, todos por encima de los 4000 metros. Hacia el norte las elevaciones se sitúan en las serranías de Zenta, en tanto que en el sur se encuentran en la serranía de Calilegua.
Una gran diversidad vegetal halla su hábitat en el sur de este departamento, semejante a la de toda la zona de Yungas, entre 400 y 3000 metros de altura hay árboles de gran porte como el yuchán o palo borracho (Chorisia insignis), el lapacho rosado (Tabebuia avellanedae) y el amarillo (Tabebuia lapacho), la tipa (Tipuana sp.) , el orco molle (blenpharocalyx gigantea), el cebil (Anadenanthera colubrina), el churqui (Prosopis ferox), el ceibo (Erythrina crista-galle), la acacia (Acacia visco); el urundel (Astronium urundeuva); el pacará (Enterolobium sp.) el arca o jarca-jarca (Scordium montanus); el guayacán (Caesalpinia melanocarpa); el palo amarrillo (Phyllostylon rhamnoides) el palo blanco (Calycophyllum multiflorum) y el peteribí (Cordia trichotona). En la zona alta del norte del departamento se encuentran principalmente el cardón (Trichocereus pasacana) y la queñua (Polylepis tomentella), único árbol de las regiones altas de la Puna.
Algunos de los mamíferos que podemos encontrar en Valle Grande son el yaguareté (Panthera onca), el tapir (Tapirus terrestris), el lobito del río (Lontra longicaudis), la vicuña (Vicugna vicugna), el guanaco (Lama guanicoe), el murciélago hocicudo (Anoura caudifer), y la corzuela (Mazama americana). Hay roedores como el acutí rojo (Dasyprocta punctata), la comadreja (Didelphys albiventris) y el tuco-tuco yungueño (Ctenomys). En a zona alta de los pastizales habita la taruca (Hippocamelus antisensis), también llamada huemul del norte o venado andino, declarada Monumento Natural Nacional. Entre las numerosas aves se pueden mencionar a manera de ejemplo el tucán grande (Ramphastos toco), el cóndor andino (Vultur griphus), la pava de monte alisera (Penelope dabbenei), el jote real (Sarcoramphus papa), el batará gigante (Batara cinerea) y varias especies de picaflores, pájaros carpinteros, urracas y muchos otros.
En cuanto a los recursos mineros, en Valle Grande se han detectado reservas de yeso, plomo, cal y carbón.
Existe también un importante sitio arqueológico denominado Finca Tolaba que se encuentra dentro del ejido urbano del pueblo Valle Grande. Estudios de un equipo de investigación de la Universidad Nacional de La Plata encontró pircas de piedra y cerámicas que se relacionan con la cultura Omaguaca y fueron datados alrededor del 1200 DC.
Una curiosidad es que entre 1924 y 1938 el departamento se llamó Gobernador Eugenio Tello.