大田县境地处西南华力西——印支拗陷带之大田——龙岩拗陷的东北部，政和——大埔断裂斜贯全境。地质构造复杂，岩石以钙质砂岩、石英砂岩为主，次为花岗岩、花岗长岩、凝灰岩和变粒岩。

地表水域多年平均径流量为19.84亿立方米；地下水总量3.54亿立方米，地下热水有石牌镇老厝、桃源镇广汤、太华镇汤泉、广平大竹林、华兴乡京口5处，水温29℃—79℃，总流量11.56升/秒。

县境为中低山地带，地势大致由西南向东北倾斜，山岭、谷地分布趋向与境内构造基本一致；境内千米以上山峰175座，大仙峰海拔1553.4米，居全县之首；溪流纵横，是闽江、九龙江和晋江支流发源地之一，汇水面积30平方公里以上河流25条，均溪河最大，其主干流长81.7公里，是街面水库电站的主要水资源。

气候属亚热带季风湿润区，无严寒酷暑，雨量丰沛，日照充足。