突泉县位于兴安盟境东南部，大兴安岭南麓的科尔沁草原。东与吉林省洮南市交界，南、西与内蒙古兴安盟科尔沁右翼中旗接壤，北与科尔沁右翼前旗相连。旗境东南与西北最大距离113.5公里，东西最大距离68公里，面积4800平方公里。

县境地势西北高，向东南逐渐降低。受地壳升降影响，地形复杂多样，划分为北部山区，中部浅山丘陵区和南部波状平原区三种类型。境内有6条主要河流：蛟流河、他克吐河、大额木特河、小额木特河、巨力河、旱河。蛟流河是全县最大的河流。突泉县北部山区，水草丰美，次生林区的杨树、桦树和灌木遍及陡坡乃至山顶。在广阔的山野里，栖息着马鹿、黄羊、狐狸、狍子、鹌鹑等多种野生动物。药材种类较多，堪称“药材之乡”。突泉县地下还蕴藏着丰富矿产资源，现已探明的矿藏有煤、铁、铜、银、铝、锌、镉、钻、铋等。

全境气候为温带大陆性季风气候，这里春季多风少雨；夏季温热，雨热同季，降水集中，有效降水多；秋季凉爽短暂；冬季寒冷漫长，风大雪少。年均日照为2810.1小时，气温年均5℃。