咸安区地处幕阜山系和江汉平原的过渡地带，地势东南高西北低，呈阶梯状分布，状如撮箕，按形态成因为分低山、丘陵、岗地、平原四大类型，相对高差936.1米。东南南部和西南部为低山区，系幕阜山系北翼余脉，山脉之间峰峦起伏，沟壑纵横，共形成大小山丘22877座，其中山峰218座，最高峰为大幕山灶背岩，海拔954.1米。相对高差50－200米，谷深坡陡，坡度为60°左右。中部和东部为丘陵区，海拔50－300米，相对高差50－100米，丘体零乱、圆浑，坡度50－300米，垄岗、残丘相间，脉络明显，坡度小于5°左右。北部和东北、西北、西部部分为平原区，海拔30米以下，最低处斧头湖海拔18米，地势平坦，湖泊港汊多，河网密度大，坡度小于3°。

        本区西南部、咸安区南部东南部地表广泛分布石灰岩，属喀斯特地貌，溶洞特多，较大的有20余处，其中太乙洞、飞仙洞、鸣泉洞等最为有名。这些溶洞多有伏流泉眼，全区已发现的有地下泉眼169处，其中以温泉、鸣水泉、三十六人泉为著。

        咸安区属亚热带季风性湿润气候，四季分明，气候温和，日照充足，雨量丰沛，无霜期长，严寒酷暑时间短。境内日照时数年平均值为1879.65小时，日照率为42%，最多的1979年为2075.4小时，最少的1975年为1596.6小时，年较差478.8小时，月平均日照时数最高的7月为248.7小时，最低的2月为104.4小时；太阳辐射量年均105.4千卡/平方厘米，集中于春、夏两季，约占全年的82.2%，且北部高于南部。气温的时空变化明显，年平均气温为16.8℃，高温的1961年为17.8℃，低温的1969年为15.8℃，年较差2℃；最冷的1月平均为4℃，最热的7月平均气温为29.3℃；极端高温为41.4℃（1959年8月23日），极端低温为零下15.4℃（1969年1月31日）；气温的平均日较差为8.5℃，各月的日较差在8－9℃之间。

        西北临湖地区年平均气温为16.8℃左右，东部、中部及东北部丘陵地区年平均气温在16.5℃左右，南部低山区年平均气温在15.8℃左右，大幕山顶年平均气温仅10.7℃，南北温差6.1℃；积温≥10℃的北部为5216.9℃，中部5174.6℃，南部4640.4℃。无霜期年平均258天，平均初霜日在11月26日前后，终霜日在3月12日前后，无霜期最长的1961年为291天（2月18日－12月5日），最短的1978年为227天（3月16日－10月28日），且无霜期长短分布因地形而异，北较差约10天，东西较差约8天。无霜期最长的西北滨湖地区为260天，南部低山区为248－252天，最短的大幕山顶为220天。年均降雨天数150天，降雨量年均1531.4毫米，但时空分布不匀，季节变化明显，区域性差别大，降雨量集中于春、夏两季，各占全年降雨量的36%，4－6月为多雨期，12－2月为少雨期。受地形抬升扰动的影响，在西南部低山丘陵地区形成多雨区，年降水量达1800毫米，东南部一般为1526毫米，中部为1430－1470毫米，北部为1320－1370毫米。境内受亚热带季风气候影响，春季多东风，夏季多东南风，秋冬多偏北风。