境域 东临新泰市，西连济宁市汶上县，南面自东向西与济宁市泗水县、曲阜市、兖州市接壤，北隔大汶河自西向东与肥城市、岱岳区相望。地理坐标为北纬35°40′～35°57′，东经116°36′～117°18′。最大纵距31公里，最大横距63公里。总面积1125平方公里。
地形 地势东高西低，东部为低山丘陵区，最高海拔608米，西部为平原地带，最低处海拔52米。主要地貌类形有低山、丘陵、平原和水面。低山138平方公里，占全县总面积的12.3%；丘陵面积432平方公里，占38.4%；平原面积544平方公里，占48.4%，其中平原洼地106平方公里。水面11平方公里，占0.9%。
山脉 有大小山头146座，其中海拔200米以上的山共有31座。大都呈东西走向，东部有珂嵝埠山、凤仙山、老虎卧山、灵山、簸箕山等，凤仙山最高，海拔608米。中部有凤凰山、彩山、告山、杏山、马山、黑山、骆驼山、葫芦山等，凤凰山最高，海拔548.1米。西部有大悲山、琵琶山、皋山、龟山、鹤山、穗山、云山等，鹤山最高，海拔252.6米。
土壤 分为棕壤、褐土、潮土、砂姜黑土4个土类。有棕壤3.6万公顷，占全县可利用面积的38.67%；褐土4.04万公顷，占43.53%；潮土0.81万公顷，占8.72%；砂姜黑土0.85万公顷，占9.15%。
河流 主要河流有15条，分属黄河、淮河两大流域，均为季节性河流，以泄洪排涝为主。东部山丘区的河道属黄河流域汶河水系，西部平原区的河道属淮河流域运河水系。
气候 根据境内气候资源的差异和地形、地貌及作物布局与土壤植被的分布情况，划分为三个农业气候区。暖温带湿润半湿润气候区、暖温带半湿润气候区（丘陵山地）、暖温带半湿润半干旱气候区。全县年平均气温13.7℃。极端最高气温41.3℃（1992年7月2日），极端最低气温-15.5℃（1998年1月19日）。7月份平均最高气温31.5℃，1月份平均最低气温-5.6℃。1981—2002年，年平均降水量568.3毫米。降水时空分布不均，年际变化大，丰枯悬殊。最大降水量1063.9毫米（1990年），最少降水量303.6毫米（2002年），为该县有记录以来最少的年份。
自然资源 2002年，土地普查总面积11.25万公顷。多年平均水资源总量3.15亿立方米，人均水资源量387立方米。地表水资源总量1.53亿立方米，综合多年平均地下水资源总量为2.01亿立方米。发现27种矿产，其中能源矿产1种，金属矿产5种，非金属矿产19种，水气矿产2种。已探明储量矿产14种。除地下水外，探明矿产储量13.37亿吨，人均保有资源量1670吨。