翁牛特旗地处大兴安岭西南段与七老图北端山脉截接地带，科尔沁沙地西缘。东西长约256公里，南北宽约84公里，西部为山区，东部为平原沙区。地势西高东低，海拔高度从2020米逐渐下降到286米。土地构成可概括为“五沙四山一分田”，地貌特征自西向东依次为西部中山台地、中部低山丘陵、东部平原沙丘三个类型区。
　　西部中山台地：大体范围包括灯笼河、杨树沟门、亿合公、头段地全部，杜家地、广德公、头分地、五分地西部，毛山东西南部。面积为262.26万亩，占全旗总土地面积的14.7%。这一地区以熔岩台地为主，海拔高度为1000－2000米，灯笼河西部的三岔裆山为本旗最高峰，海拔2020米，是羊肠河、少郎河、苇塘河的发源地。
　　中部低山丘陵：大体范围包括杜家地、广德公、毛山东以东，五分地、头分地、乌丹镇、东庄头营子、乌敦套海、玉田皋以西地区。面积为915.8万亩，占全旗总土地面积的51.4%。这一地区山川交错、丘陵起伏，海拔500－1000米，区内低山丘陵地段沟壑纵横，植被稀疏，水土流失严重，河谷为羊肠河、少郎河中游地段，土层深厚、土质肥沃，多为高产农田。
　　东部平源沙丘：大体范围包括布力彦、阿什罕、乌敦套海、玉田皋以东，西拉沐沦河与老哈河之间的三角地带。面积为603.66万亩，占全旗总土地面积的33.9%。这一地区沙沼、坨甸相间，海拔300－500米，西拉沐沦河与老哈河交汇地带海拔286米，为全旗最低点。区内沙丘面积占平原总面积的60%以上，固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘各占三分之一。沿河流域是大面积的草甸地貌，地势平坦，土质优良，是传统的畜牧业生产基地和水稻生产基地。
　　翁旗属于典型的中温带半干旱大陆性季风气候，影响气候的主要因素为地理环境和大气环流。全旗东西狭长，海拔高度自东向西递增，受其影响，气候由东向西出现明显的变化差异，总的情况是，降水由东向西呈递增趋势，热量则由东向西呈递减趋势。由于南北狭窄，气候受纬度的影响并不明显。翁旗位于蒙古高压东南方，受其控制和影响，冬季盛行偏北风，天气晴朗干燥，为冷空气路经之地，极易形成寒潮等大风降温天气。春季南部的太平洋高压和印度洋低压，与北部的蒙古高压相互交错，造成气旋活动频繁，天气多变，冷暖无常。夏季主要受西太平洋副热带高压控制，夏季风明显，大气中水汽含量增加，极易形成降水。秋季蒙古高压重新加强，太平洋副热带高压减弱南移，雨季停止，天凉气爽。
　　四季主要气候特点是大陆性明显，四季分明。春季（3－5月）太阳高度角增大，白昼时间加长，辐射增强，气温回升较快，昼夜温差大，空气干燥，降水量较少，总量40毫米左右，仅占全年的10－12%，极易发生春旱。夏季（6－8月）炎热多雨。平均气温21℃，7月份最高，达22－23℃。降水量高度集中，总量达270毫米，占全年的75%左右，7、8月份最为集中，达到220－230毫米，约占全年的62%。西部山区易发生暴雨和山洪，山地和丘陵地区易发生冰雹等灾害性天气。秋季（9－11月）随着太阳高度角降低，白昼渐短，气温下降较快，霜冻来临较早，易发生寒潮。降水锐减，平均为50－55毫米，占全年的14%左右，易发生秋旱。冬季（12－2月）漫长寒冷，空气干燥。月平均气温在－10℃以下，1月份最低，达－12－－14℃。易形成大风和剧烈降温天气。平均降水量仅8－9毫米，占全年的2－3%。