Kuzeyde İncesu, güneyde Yahyalı, doğuda Develi ilçeleri, Batı’da Nevşehir’in Ürgüp ve Derinkuyu ilçeleriyle komşudur.

İlçede, İç Anadolu Bölgesinde görülen kara iklimi hakimdir. Yazlar sıcak ve kurak, kışlar -güney iklimine açık olması nedeniyle- nispeten ılık geçer. Yağışlar genellikle mahsulün suya ihtiyaç duyduğu aylarda az düşer ve mevsim kurak geçer. Bir yıllık yağış miktarı ortalama olarak m²ye 200-270kg’dır. Bu miktarın büyük bir kısmı Ocak, Şubat, Mart, Kasım ve Aralık aylarında düşer.

İlçenin 10 km güneyinde şifalı maden suyuyla meşhur İçmeceler vardır. Ülkenin dört-bir yanından buraya her yıl çok sayıda insan şifa bulmak için gelir.

İlçe, kendi  adıyla anılan ovanın batı ucunda Kale Dağı’nın doğuya uzanan etekleri üzerinde kurulmuştur. Kuzeyden güneye doğru sürekli esen temiz hava tabakasının etkisi altındadır. Erciyes’in karlı tepeleri ilçeden görülmektedir.

İlçe düz ve çok geniş bir ovaya sahiptir ve çevresi Erciyes, Torosların bir kolu olan Demir Kazık ve bazı irili ufaklı dağlarla çevrilidir. Yeşilhisar'ın doğusunda bulunan ovada sulu tarım yapılmaktadır. Çevredeki dağlardan inen yer üstü suları ilçenin doğusunda bulunan Yay Gölü ve Sultan Sazlığı’nı oluşturmuştur. Yay gölü 20 km. karelik bir alanı kaplar. Gölün suyu tuzludur.

Soğanlı Köyünün çevresinde bulunan ve çok eski devirlere ait olan kilise ve mağaralar özellikle yabancı turistlerin çok sık ziyaret ettiği yerlerdendir.

İlçede İç Anadolu’da bulunan ve çok eski bitki örtüsü görülür. Az miktarda meşe-menengiç- ormanı mevcuttur. Çay ve dere kenarlarında kavak, söğüt ve çalı bulunur.