乌兰浩特市位于兴安盟境东部，大兴安岭南麓、科尔沁草原与松辽平原接合处，是兴安盟行政公署驻地。东、西、北与科尔沁右翼前旗接壤，西南与吉林省洮南市毗连。市境南北最大距离42公里，东西距离36公里，总面积2353.5平方公里。

乌兰浩特市地势为西北高、东南低，北部为山地，南部为冲积平原。海拔高程250～580米，属低山丘陵地貌。地质构造复杂，岩浆活动频繁，火山岩非常发育。按地貌特征及堆积物特征，划分准平原堆积带、古河床堆积带及现代河谷堆积带。境内多山，水资源丰富，洮儿河、归流河、二道河、阿木古郎河4条河流，洮儿河由北向南于市区东部流经，归流河由北向东南于市区西部流经。

气候属温带大陆性季风气候，四季分明，温差较大。春季大风较多，干旱较严重。夏季炎热多雨，秋季凉爽，冬季寒冷（长达6个月左右）。年平均气温4.1℃，最低温度为-33.9℃，最高气温为39.9℃，年降水量416.7毫米，年平均日照数2901小时，无霜期128天。

乌兰浩特市地处科尔沁草原东北部，有多种自然野生植物，可分为乔、灌木植物，牧草植物，药用植物等。野生动物资源较为丰富，曾有“棒打狍子瓢舀鱼，野鸡飞到饭锅里”的说法。野生动物主要有鹿、旱獭、水獭、黄羊、野猪、丹顶鹤、大鸨、雕、鸥、野鸡等。