阿图什市城区位于博孜塔格山南坡,地处洪冲积平原,博古孜河从城区西缘流过,环绕城区西南东三面。城区依山傍水,素洁清雅。市区规划面积14.4平方千米,建成区面积8.3平方千米,16条主要街道纵横交错,绿树成荫,高楼林立,供水、供电、供暖、环卫等基础设施日臻完善。距乌鲁木齐市直线距离1100千米,公路里程1430千米。阿图什市是南疆重镇,是克孜勒苏柯尔克孜自治州的政治、经济、文化、交通、信息中心,是通往中亚各国的交通要冲。

阿图什市境内高山连绵,平原较小,整个地势北高南低,由西南向东缓降，地形十分复杂。北部为高山地带,以天山山脉的玛依丹山与喀拉铁热克山为主,群山绵延起伏、重峦叠嶂。冬春大雪封山,人畜难以通行；夏秋积雪融化,雪水沿河而下。中部为中山和低丘陵地带,吐古买提、哈拉峻盆地分布其中。南部为山间洪冲积平原,是喀什噶尔三角洲的组成部分,地势平坦，土层肥厚,是主要的农业区。

市境属典型的温带大陆性气候,四季分明,光热充足,干旱少雨。春季升温快,天气多变，且多浮尘；夏季炎热,蒸发强盛；秋季天高气爽，降温迅速；冬季寒冷多晴日,风微雪少。平原区年平均气温12.9℃,最冷月1月平均气温-6.3℃，最热月7月平均气温27.4℃；山区年平均气温9.2℃,最冷月1月平均气温－9℃,最热月7月平均气温24.4℃。境内极端最高气温41.2℃,极端最低气温-24.4℃。市境年日照时数2500～3000小时,其中平原区日照百分率全年平均62%,年太阳总辐射量138.2千卡/平方厘米,生理辐射量69.1千卡/平方厘米,≥10℃的积温全年为4673.5℃,在全疆仅次于吐鲁番盆地,居第二位。市境无霜期长,平原区243天、山区170天。年降水量,平原区平均78毫米,低山区平均120毫米，海拔3000米以上的中山区是全市最大降水带,年降水量250毫米以上。自然蒸发量大,平原区年平均3218.2毫米(是降水量的41倍),山区年平均2637.6毫米;境内多西北风,平均风速2.1米/秒。

境内土地资源的特点是山地、戈壁、荒滩多,耕地少。全市总面积15499.44平方千米,其中山地面积9730平方千米,占总面积62.78%；戈壁、荒漠面积2760平方千米,占总面积17.80%:绿洲面积3009.44平方千米，占总面积19.42%。境内土壤有机质含量低,质地较粘重,结构性差,缺磷、少氮,钾较丰富,以灌淤土为主,潮土、棕色荒漠土、盐土、水积土也占有较大面积,全市现有耕地面积1.74万公顷,境内植被稀少,覆盖率较低,植被以农作物、牧草、人工林为主,自然森林较少。全市绿地面积545公顷,建成区绿化覆盖面积235公顷，天然森林和草场均分布在北部中高山区。

境内天然水资源7.376亿立方米,其中地下水3.148亿立方米、地表水4.228亿立方米；年引水量3.64亿立方米,其中引用地表水3.22亿立方米,引用地下水0.42亿立方米。博古孜河和恰克玛克河是市境两大主要水系。