霍林郭勒市位于自治区东部，科尔沁草原腹地。东邻通辽市科尔沁右翼中旗，南连扎鲁特旗，西、西北、北和锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗交界，东西长38公里，南北宽28公里，面积585平方公里。

霍林郭勒市地处大兴安岭南段西翼脊部，位于东北亚晚中生代的断陷带，是一个代表性含煤盆地，地势呈四周高、中间低，地形分为丘陵山地、堆积台地和冲积平原。丘陵山地是霍林郭勒市地形的主要特征，四周均有分布，西北部尤为突出，多为火山岩组成的中低山。堆积台地波状起伏但幅度不大，分布在丘陵山地基部，相对高差20～50米，顶部平缓。冲积平原主要分布在霍林河及其各支流宽阔流域，河床平浅多弯曲，海拔在779～870米之间，宽处可达1000～2000米，流域两侧相对高差5～10米之间，并有较明显的阶梯。

霍林郭勒市气候属寒冷、半干旱大陆性气候。冬季漫长而寒冷，夏季短促而凉爽，春秋两季干燥、多风，四季交替较明显，昼夜温差较大，平均气温低。全年温度变化幅度为72.6℃。无霜期为110天。有丰富的草原资源和充足的水资源等自然条件，动物资源种类繁多。野生动物主要有狼、狐狸、狍子、旱獭、獾子、野兔、黄羊、鹿等兽类以及雕、百灵鸟、野鸡、沙半鸡、水鸭、猫头鹰、草原鹰等飞禽类。