大悟县位于大别山脉西段，湖北省东北部，鄂豫两省交界处。地跨东经114°02'─114°35'，北纬31°18'─31°52'。东与红安、河南省新县交界，南与黄陂、孝昌相连，西与广水比邻，北同河南省信阳、罗山接壤。东西横距42.4公里，南北纵距48.8公里，略成矩形。全县总面积1985.71平方公里，占全省总面积的1.07％。

大悟县以北部五岳山西部娘娘顶、东部仙居（顶）山、南部大悟山四大主峰构成地貌的基本骨架，形成环水、滠水、竹竿河三大河流，且依山势，西部由北向南，中部和东部中间向南北缓缓下降。最高处为五岳山主峰，海拔865米，最低处为芳畈镇赵家河及河口镇两河口，海拔40米。地形分为低山、丘陵及岗地、平畈三种基本类型。大悟县属北亚热带季风气候。冬季受西北冷气团的影响，夏季受东南、西南季风控制，形成冬冷、夏热，冬干夏湿，雨量充沛、光照充足，气候温和、四季分明，无霜期较长，严寒酷暑短的气候特征。年平均无霜期为227至242天之间。年平均降水量为1114.9毫米，雨量分布的地域差异不大，但年际差异大，洪涝、干旱时有发生，洪涝平均10年7遇，大洪涝平均10年2遇，对全县工农业生产影响严重。

大悟县日照充足，年均日照时数为2153.3小时，为全省的最高值。日照最多年份为2421.5小时（1978年），最少年份为1549.6小时（1982年）。月日照百分率达50％以上的有6至9四个月，其中8月份为60％，是日照最多和百分率最高的月份；2、3月两个月最少，日照百分率分别为40％和30％。由于地形复杂，各地日照时数及百分率有差异，特别是山地阴阳坡的差异比较明显，但基本能满足农作物的需要。大悟县平均气温在14.9℃至15.7℃之间，南部为15.7℃，中部为15.4℃，北部为15.2℃，南北温差0.5℃。在一年中，7月份最热，月平均气温北部27.3℃，南部28.2℃；1月最冷，月平均气温1.5℃至2.5℃。气温在年内的变化特点是，春秋两季上升和下降较剧烈，夏冬变化则较平稳。气温的最高值与最低值的绝对温差达59.6℃，为全省罕见。极端最高气温为43.1℃（1959年8月23日），极端最低气温为－16.5℃（1977年1月30日）。