《徐霞客游记》在地理学上有4个方面的重要成就:
其一,徐霞客是我国和世界广泛考察喀斯特地貌的卓越先驱。他对喀斯特地区的类型分布和各地区间的差异,尤其是喀斯特洞穴的特征、类型及成因,有详细的考察和科学的记述。
仅在广西、贵州、云南省区,他亲自探查过的洞穴便有270多个,而且一般都有方向、高度、宽度和深度的具体记载。徐霞客关于喀斯特地貌的详细记述和探索,居于当时世界的先进水平。
其二,纠正了文献记载的关于我国水道源流的一些错误。如否定自《尚书•禹贡》以来流行1000多年的“岷山导江”旧说,肯定了金沙江是长江上源。
正确指出河岸弯曲或岩岸水流之处冲刷侵蚀厉害,河床坡度与侵蚀力的大小成正比等问题。对喷泉的发生和潜流作用的形成,也有科学的解释。
其三,观察记述了很多植物的生态品种,明确提出了地形、气温、风速对植物分布和开花早晚的各种影响。
其四,调查了云南腾冲打鹰山的火山遗迹,科学地记录与解释了火山喷发出来的红色浮石的质地及成因;对地热现象的详细描述在我国也是最早的。对所到之处的人文地理情况,包括各地的经济、交通、城镇聚落、少数民族和风土文物等,也作了不少精彩的记述。