科尔沁左翼后旗位于通辽市南部科尔沁沙地东端与松辽平原的连接带，东与吉林省接界，南与辽宁省为邻，西和北部与内蒙古通辽市库伦旗、奈曼旗、开鲁县、科尔沁左翼中旗等旗县市相连，旗境东西长154公里，南北宽107公里，总面积11535平方公里。

科尔沁左翼后旗属堆积平原地形，地势西高东低，西部多沙丘，坨甸相间，东部多平川，梁川交错。因沙漠、沙丘的地理条件，有储量极为丰富的硅砂资源，已探明的地下矿藏有石油、煤、采石、草碳和粘土。境内有东辽河、西辽河、洪河、马连河、塘泥河等大小河流11条，大小淖尔、哈嘎（水泡）325个。

旗境土地辽阔，资源丰富，四季分明，日照充足，气候温和，雨量较充沛。地处中温带边缘地区，温带大陆性季风气候区，春季回暖快，干旱多风沙；夏季炎热，因受季风影响，雨量集中，雨热同期；秋季短暂温凉，易秋吊；冬季漫长，寡照少雪。旗境内的自生林树种有水曲柳、黄菠萝、胡枝子等。野生动物可分为兽类、禽类、鱼类、两栖爬行类、昆虫等。