霍城县地处伊犁河谷的开阔地带，气候温和，四季分明，日照充足，年均日照时数2550～3000小时，年均气温8.2～9.4℃，极端最高气温40.2℃，极端最低气温－26.8℃。年均降水量140～420毫米，年均无霜期165天。霍城县北部、东北部为山地和山前丘陵，丘陵区以南为平原，地势由东北向西南倾斜。县域南北长约120千米，东西宽85千米，海拔530～4283米，总面积2916平方千米。县城距自治州首府伊宁市45千米。

有耕地67.6万亩（基本农田60.8万亩），草场总面积245.7万亩(不含跨区冬草场98万亩)，森林面积21.8万亩，其中天然林面积13.4万亩。沙漠面积0.77万公顷。境内有大小河流13条、泉水11条，年径流量6.84亿立方米。地下水储量6.04亿立方米。野生动物有四爪陆龟、金雕、大耳沙蜥、马鹿、黄羊、天鹅等，其中四爪陆龟在中国仅分布于霍城县境内。野生植物有野生樱桃李、野苹果、野杏、野山楂、野麻、野核桃等，其中大西沟野生樱桃李自然保护区被誉为“世界野果类植物天然基因库”。已发现的矿藏有煤、石灰石、长石矿、铅锌矿、铅金属、锌金属、铜金属等33种，其中煤储量尤为丰富，已探明600米以下浅煤储量44.65亿吨，可开采20亿吨。盛产玉米、小麦、薰衣草、甜叶菊、蔬菜，其中霍城薰衣草、树上干杏、野生樱桃李、惠远胡萝卜被国家认证为地理标志保护农产品，素有“中国薰衣草之乡”“中国野生樱桃李之乡”的美誉。属温带大陆性半干旱气候。