喀什地区深居欧亚大陆中部，中国新疆西南部。东临塔克拉玛干大沙漠，东北与柯坪县、阿瓦提县相连，西北与阿图什市、乌恰县和阿克陶县相连，东南与皮山县相连，西部与塔吉克斯坦相连，西南与阿富汗、巴基斯坦接壤。边境线总长888千米。周边邻近国家还有吉尔吉斯斯坦、乌兹别克斯坦、印度3个国家。全区总面积16.2万平方千米，东西宽约750千米，南北长535千米。
喀什地区三面环山，一面敞开，北有天山南脉横卧，西有帕米尔高原耸立，南部是喀喇昆仑山，东部为塔克拉玛干大沙漠。诸山和沙漠环绕的叶尔羌河、喀什噶尔河冲积平原犹如绿色的宝石镶嵌其中。
整个地势由西南向东北倾斜。地貌轮廓是由稳定的塔里木盆地、天山、昆仑山地槽褶皱带为主的构造单元组成。印度洋的湿润气流难以到达，北冰洋的寒冷气流也较难穿透，造成喀什地区干旱炎热的暖温带的荒漠景观。而山区的冰雪融水给绿洲的开发创造了条件，形成较集中的喀什噶尔和叶尔羌河两大著名绿洲。境内最高的乔戈里峰海拔8611米，最低处塔克拉玛干大沙漠海拔1100米，喀什市城区的平均海拔高度1289米。
喀什地区处在中亚腹部，受地理环境的制约，属暖温带大陆性干旱气候带。境内四季分明、光照长、气温年和日变化大，降水稀少，蒸发旺盛。夏季炎热，但酷暑期短；冬无严寒，但低温期长；春夏多大风、沙暴、浮尘天气。
因地形复杂，气候差异较大，大体可分为5个区：
一、喀什平原气候区。包括喀什北部、中部广大冲积平原地区，年平均气温在11.4℃至11.7℃，年降水量39至664毫米，春夏秋冬四季分明。气温年变化和日变化大，降水变化显著。日照长，蒸发强，气候干燥。冬季低温期长，夏季长而炎热。春季升温快，常有倒春寒；秋季短促，降温迅速。春季多大风、沙暴。浮尘日数频繁。
二、沙漠荒漠气候区。喀什南部、麦盖提东部和叶城东北部，属塔克拉玛干沙漠荒漠区。大陆性气候极显著，年平均气温在11℃以上，冬季寒冷，夏季酷热，冷暖变化剧烈。降水稀少，气候干燥，年降水量在40毫米以下。风沙多，日照强。
三、山地丘陵气候区。叶城中部，巴楚和伽师北部，疏附、英吉沙和莎车西部海拔 1500至3000米处山区丘陵地带。年平均气温在11℃以下，冬季较长，夏季短促，年降水量在70毫米以上，主要集中在夏季，时有大雨甚至暴雨山洪发生。山区河谷地带气候适宜，夏季温热，冬季偏暖。
四、帕米尔高原气候区。主要是塔什库尔干塔吉克自治县。年平均气温在5℃以下，冬季漫长寒冷，夏季温和。降水较少，主要集中在春夏两季。大风日数多，光照充足，辐射强，天气晴朗。
五、昆仑山气候区。主要包括塔什库尔干塔吉克自治县南部和叶城县南部。年平均气温在5℃以下，山峰终年积雪，气候严寒，空气干燥，低压缺氧，风大雪多，天气多变。全年可分为冷暖两季。