Cochabamba liegt gewissermaßen im Herzen Boliviens. Es ist das einzige Departamento ohne Grenzen zu einem anderen Land. Mit einer Bevölkerungsdichte von 26 Einw./km² ist Cochabamba das am dichtesten besiedelte Departamento. Hauptstadt ist die Stadt Cochabamba.
Der westliche und zentrale Teil des Departamentos sind Teil des Altiplano. Die nord-östlichen Gebiete (Chapare) hingegen liegen auf lediglich 300 m Höhe im Regenwald.
Cochabamba war und ist ein wichtiger Produzent von Mais und Weizen in Bolivien. In den Tiefebenen des Nordostens ist der Anbau von Coca von wirtschaftlicher Bedeutung.