哲裏木盟位於內蒙古自治區東部，地處東經119 ～123 ，北緯42 ～46 之間。邊界總長1500多公里。東連吉林省白城地區的長嶺縣和通榆縣、四平地區的雙遼縣；南鄰遼寧省鐵嶺市的康平縣、昌圖縣和阜新市的彰武縣、阜新蒙古族自治縣；西接赤峰市的翁牛特旗、阿魯科爾沁旗及敖漢旗，西北與錫林郭勒盟的東烏珠穆沁旗和西烏珠穆沁旗接壤；北與興安盟的科爾沁右翼中旗毗鄰。
全盟地處松遼平原西側，屬蒙古高原遞降到低山丘陵和傾斜衝擊平原地帶。北部山區屬於大興安嶺余脈，面積19 349平方公里，佔全盟總面積的32.5%，海拔高度為1 000米～1 400米，最高山峰是罕山吞特爾峰，海拔1 426米。中部屬於西遼河、新開河和教來河沖積平原，面積為12 502平方公里，佔全盟總面積的21%。
平原區由西向東逐漸傾斜，海拔由320米降至90米。南部和西部屬於遼西山區的邊緣地帶，由淺山、丘陵、溝壑、沙沼構成，面積為27 684平方公里，佔全盟面積的46.5%，海拔為400米～600米。其中，淺山、丘陵、溝壑縱橫，面積為3 274平方公里，佔全盟總面積的5.5%，沙沼地區面積為24 605平方公里，佔全盟總面積的41%。全盟境內較大的山有：扎魯特旗的罕山、庫倫旗的阿其瑪山、奈曼旗的青龍山和老道山等。全盟有大小河流43條。主要水系有嫩江水系，包括霍林河諸支流和阿日坤都冷河，流域面積為4 759平方公里；西遼河水系，包括烏力吉木仁河、西拉木倫河、教來河、老哈河、新開河、西遼河及17個河段，流域面積1 322平方公里；柳河水系，包括養畜牧河，烏根稿河等，流域面積3 098平方公里；秀水河水系，包括東、西馬蘭河等，流域面積2 973平方公里；內陸河水系，包括烏努格其河、勝利河等，各河尾端漫散匯入烏力吉木仁河北端，流域面積16 876平方公里。西遼河、新開河等分佈在境內南部、北部和中部，橫貫全盟，形成“三河平原”，是發展糧油糖和畜牧業和重要基地。
全盟全年氣溫均受蒙古高壓氣流影響，屬溫帶季風區，半濕潤向半乾旱過渡地帶，大陸性氣候顯著。一年四季，變化較大。特點是春季乾旱多風，夏季炎熱而且雨量集中，秋季涼爽短促，冬季長而寒冷。氣溫由西南向東北遞減。全盟年均氣溫0℃-6℃。全盟基本氣候特徵是光資源充足，全年日照時數為2 868小時～3 111小時，太陽總輻射量在5 013.4焦耳/平方米～5 457.70焦耳/平方米之間，熱資源適宜發展農牧林業生産。無霜期南部150天左右，中部“三河”沖積平原為130天～140天，北部山區為90天～100天，年降雨量為350毫米～450毫米之間，是全盟降水量最多的地區之一。全盟境內冬季多偏西風或偏北風，夏季多偏南風或西南風，年平均風速在3.5米/秒～4.5米/秒之間，最大風速可達19米/秒～31米/秒。
全盟總土地面積近6萬平方公里。土壤呈輕度帶狀分佈。北部大興安嶺淺山區為灰色森林土，暗棕土壤佔黑鈣土，腐植質層厚不均，但結構較好。有機質含量：灰色森林土佔8%～12%，暗棕土壤佔5%～8%，黑鈣土佔3%～7%以上。西遼河、教來河、新開河沖積平原主要以灰色草甸土、風沙土和鹽鹼土為主，土壤大部分為沖積物和風積物。有機含量：灰色草甸土為1%～2%，風沙土為0.5%～1.5%。南部的黃土丘陵溝壑區，以栗鈣土、褐土為主，土層薄、易流失，有機質含量為0.5%～1%。全盟境內土壤型有多種，適應於木本植物和禾本植物生長，宜農、宜林、宜牧。