境域 北靠莱芜市莱城区、钢城区，南连临沂市平邑县、济宁市泗水县，东邻淄博市沂源县、临沂市蒙阴县，西接宁阳县及岱岳区。地理坐标为北纬35°38′～36°，东经117°16′～117°59′。最大纵距54公里，最大横距68公里。总面积1933平方公里。
地形 北、东、南为山区，中、西部为河洼和平原。有丘陵9.74万公顷，山地2.74万公顷，平原4.85万公顷。
山脉 呈东西走向，有大小山头396座，其中海拔250米以上的山峰75座。主要有莲花山、油青山、太平山、白马山等。莲花山海拔958米，为境内最高峰。
土壤 大体分为棕壤土、褐土、砂姜黑土3个土类，其中棕壤土和褐土占主体，分别占总面积的54%和45%。
河流 柴汶河为境内主要河流，东西方向贯穿全市，全长70公里，有支流59条，总长695公里。
气候 属温带大陆性季风气候，四季分明，年平均气温13.2℃，年平均最高气温18.5℃，年平均最低气温-7.3℃；极端最高气温38.4℃（1992年7月20日），极端最低气温-15℃（1986年1月5日）。年平均降水量739.2毫米，最多年为1098.8毫米（1998年），最少年为422.1毫米（1992年）。
自然资源 土地面积19.33万公顷。年平均地表水径流量4.83亿立方米，年均地下水总量2.83亿立方米；地上水可利用量1.8亿立方米，地下水可利用量2.43亿立方米。探明金属矿藏主要有金、铜、铁、银、铅、铝、锌、铌、钽、硫铁等；非金属矿藏有煤炭、蛇纹石、滑石、长石、云母、石灰石、石英、花岗岩、粘土砖、黑辉岩、绿辉岩等。煤炭资源占有重要地位，初步探明储量为16.58亿吨，为省内重要的煤炭基地之一。