二连浩特市地势平坦，由西南向东北缓缓倾斜，平均海拔932.2米。地表无河流，地下有古河道穿境而过。二连属温带大陆性季风气候和干旱荒漠草原气候，春季干燥少雨，夏季短暂炎热，秋季天高气爽，冬季寒冷漫长。年均降水量142mm、蒸发量2684mm，无霜期90—120天，采暖期210天。

全市共有草场577万亩，森林25万亩，绿化覆盖率36.5%。二连野生植物主要有灌木、半灌木植物和草本植物40余种，分属18科、35属。主要植物有戈壁针茅、小针茅、无芒隐子草、女蒿、冷蒿、沙生冰草、沙蒿、芨芨草、苔草、白刺、针茅、沙葱等。其中常见的药用植物有麻黄、补血草、知丹、苁蓉、锁阳等。

二连拥有丰富的风能、光能资源。70米高年平均风速7.3-7.4米/秒、太阳能地表年总辐射约1698千瓦时/平方米，风资源有效风速小时数为7980小时，年可利用小时数约2720小时；光伏资源年日照时数约3278小时，年等效利用小时数约2500小时。