地形地貌  地處太行山北麓。地勢呈西北高東南低。地形分為山地、盆地和河流谷地。縣城海拔858米，最高處位于縣北東團堡鄉與蔚縣交界處的利華尖，海拔2144.7米，最低處是縣南銀坊鎮玉皇溝門，海拔350米，相對高差1794米。境內群山起伏，溝谷縱橫，山間分布大小盆地，主要有淶源盆地、東團堡盆地、南城子盆地。境內有拒馬河和唐河兩大常年基流河，均屬大清河水系。

氣候  屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，特點是春季短暫，升溫迅速，春旱多風；夏季天氣涼爽，陣雨集中，常有伏旱發生；秋季溫和涼爽，降溫快；冬季寒冷漫長，干冷少雪。多年平均氣溫7.7℃，1月平均氣溫―8.7℃，極端最低氣溫―30.6℃（1966年2月22日）；7月平均氣溫21.9℃，極端最高氣溫39.8℃（2010年7月29日）。最低月均氣溫―8.7℃（1月），最高月均氣溫21.9℃（7月）。平均氣溫年較差0.8℃，最大日較差26.3℃。生長期年平均185天，無霜期年平均160天，最長達180天，最短為135天。年平均日照時數2780.6小時，0℃以上持續期為229天（一般為3月9日至11月3日）。年平均降水量為533.1毫米，年平均降水日數為81天，最多達111天（1964年），最少為47天（1972年）。極端年最大降水量為808.4毫米（1959年），極端年最少降水量380.0毫米（1984年）。降雨集中在6月至8月，7月最多。2011年最高氣溫33.9℃，最低氣溫―20.5℃，年平均氣溫7.9℃，盛夏平均氣溫（6、7、8月）21.3℃。零厘米平均溫度10.4℃，全年日照2521.8小時；無霜期166天，初霜期10月2日，年降水量663.0毫米，年均風速2.0米/秒，風極端最大值10分鐘平均12.7米/秒。主要自然災害有干旱、冰雹。大風、暴雨、雷電等。干旱災害發生頻率為50%。50毫米暴雨每年平均出現1次，100毫米暴雨每年平均出現0.08次。冰雹災害主要集中在6～8月。

水文  境內河道屬海河流域大清河水系，其中唐河淶源縣段流域面積640平方公里，主要河道有二級河唐河淶源縣段、清水河―界河―龍泉河淶源縣段、拒馬河淶源縣段3條，總長119.02公里；三級河有塔兒溝、南馬莊河、五門河、銀坊河、西神山河、北屯河、王安鎮溝、黃臺院溝、烏龍溝9條；四級河有銀坊西溝、金山口溝、留家莊溝、斜山溝、獅子峪溝、柱角石溝、黃土崗溝7條；五級河有八畝地溝。河流總長度346.58公里，河網密度0.14公里/平方公里，徑流總量3.4575億立方米。境內最大河流為拒馬河淶源縣段，從淶源縣西北艾河溝至淶源縣塔崖驛鄉與易縣界，長78.47公里，流域面積1546.6平方公里，年均流量7.34立方米/秒，主要支流有西神山河、王安鎮溝、黃臺院溝、烏龍溝等。

自然資源  境內已探明地下礦藏有26種，包括金屬礦7種，非金屬礦產資源3種。其中鐵礦保有儲量8.44億噸，已開發的有楊家莊礦、獨山城礦。鉛鋅礦儲量3.44億噸，已經開發的有烏龍溝礦和銀山口礦。銅礦石保有儲量2.91億噸，位于楊家莊鎮木吉村，礦區面積1.61平方公里，尚未開發。鉬礦石保有儲量3.18億噸，主要分布在大灣礦區，位于楊家莊鎮與南屯鄉大灣梁分界地帶。旅游資源基本類型有45種，游覽面積320平方公里，共有8大景區，218個景點，其中2006年9月，白石山被聯合國教科文組織評為“世界地質公園”。野生動、植物資源豐富，高等植物有110科793種，菊科、木本科、豆科、薔薇科種類占絕大部分，屬暖溫帶針闊混交林地帶，山場面積約305萬畝，全縣森林覆蓋率為28.5%。野生動物有60余種，鳥類有30余種。