吕梁市位于山西省西部，吕梁山脉的中段，包括吕梁山和向黄河河谷自然过渡的黄土丘陵地带。吕梁市境内的河流均属于黄河流域，根据河流的去向，又可划分为黄河和汾河两大水系。较大的河流有：岚漪河、蔚汾河、湫水河、三川河、屈产河、岚河、磁窑河、文峪河、孝河、双池河。

吕梁市内大于100L/s的泉水有七处，分别为：柳林泉、吴城泉、神头泉、峡口泉、西冶泉、枝河泉、水神头泉。 吕梁市属于中温带地区。夏季多受太平洋海洋性气团影响，冬季受大陆气团控制，春秋受二者交替影响，具有明显的大陆性气候特征，春季干燥多风少雨，夏季炎热雨量集中，秋季凉爽气候宜人，冬季寒冷雨雪稀少。

全市的年平均气温为6.8℃-10.5℃，多年平均降水量467-625mm，大多集中在6、7、8三个月，年蒸发量1560-2150mm，全年平均风速1.6-3.8m/s之间，无霜期150-190天，冰冻期较长，一般从上年11月到次年3月止。