科尔沁左翼中旗位于通辽市境东部，地处大兴安岭东南边缘、西辽河北岸，是松辽平原向内蒙古高原的过渡地带。东、东南与吉林省省长岭县、双辽市交界，南与内蒙古通辽市、科尔沁左翼后旗毗连，西南、西北与开鲁县、扎鲁特旗相接，北与吉林省通榆县、内蒙古兴安盟科尔沁右翼中旗交界。旗境东西距离192公里，南北距离106公里，面积9811平方公里。

科尔沁左翼中旗地势由西北向东南倾斜，属堆积平原地貌。全境虽属平原，但地表波状起伏，草甸、沙坨、湖沼遍布。根据地表形态及成因类型，旗内地貌可划分为3种类型，即河谷冲积平原、风积堆积平原及其他地貌。旗内气候为中温带大陆性季风气候区，四季分明。春季回暖快，风沙大且干燥，温差大，降水量少；夏季炎热，雨量集中，雨热同步；秋季雨少降温快；冬季干冷而漫长。

旗境内有自然湖泊（水泡）158个，适宜灌溉的湖泊有80个，碱水泡子有78个，还有47个较大的天然湖泊。在境内有西辽河、新开河、乌力吉木仁河和清河4条河流。动物资源较为丰富，可分为五大类，即野兽类、野禽类、鱼类、两栖爬虫类和昆虫类，其中主要以昆虫类动物居多。植被类型有沙生植被、草甸植被、盐生植被和水生植被。主要分布在沿河两岸、沙丘、盐碱地及沼泽地中，分布较广。全旗的矿藏资源主要有矽砂、土碱、煤、片石、粘土等，现已开采的矿产有矽砂、片石、粘土，在以前还曾建有土碱场。