一、地形地貌
濉溪县地处淮北平原中部，地势自西北向东南微倾。除东北部等有少量低山残丘分布外，其余为广阔平原区。平原区地势平坦，海拔23.5～32.4米。面积约2070平方公里（不含水面和湖洼地面积），约占全县面积的85.2%。以横穿平原中部的古隋堤(今宿永公路)为界，北部为黄泛冲积平原区，南部为古老河湖相沉积平原区。隋堤南有10余处封闭型湖洼地，俗称“十八湖”，面积约为82平方公里。
县境内河流多顺自然坡降平行贯穿，浍河等主要河道两侧分布有泛滥堆积地貌。主干河道有12条，其中行洪河道有新濉河、相西河、闸河、南沱河、王引河、包河、浍河、河、北淝河等9条，另有大沟116条。全县河、沟构成5个水系：濉河水系、南沱河水系、新北沱河水系、河水系、北淝河水系。河沟总长1283.45公里；水面面积25.2平方公里。
濉溪、百善、刘桥、临涣、祁集、韩村镇的局部地面因开矿采煤塌陷成湖泊，共约4平方公里，深度3～3.5米。
境内山丘主要分布在东北部，属徐州云龙山余脉。马桥区蔡里乡平坦地带东侧有老龙脊、鹰山等9座山；西侧有花鼓山等5座山丘，为半掩埋岛状残丘，山坡大多平缓。东北部的青龙山和十里长山，呈岛状突出于平原之上，相对高度20～30米。北部刘桥区有相山西延部分，南北狭长，海拔275米。县内最高山峰老龙脊，位于蔡里集东南5.5公里处，海拔362.9米，山底围1.5公里。
二、气候
濉溪县属暖温带半湿润季风气候区，四季分明。年平均气温14.5℃，极端最高气温41.1℃，极端最低气温－21.3℃。生长期年平均250天，无霜期年平均203天，年日均气温0℃以上290天。年平均水量852.4毫米,各月降水量差异大，年际降水量悬殊也较大。多雨的1963年为1441.4毫米，比常年平均降水量多69%，是降水少的1966年的2.9倍。日最大降水量为249.7毫米，出现在1957年7月14日。
三、水文
地表水主要来源于大气降水，多年平均年径流总量为19871万立方米，平水年为18667万立方米，偏旱年为9256万立方米。地下储量为32亿立方米，多年平均可采量为15.23亿立方米，平水年可采量为14.01亿立方米，偏旱年可采量为12.32亿立方米。全县地下水调节储量为2.22亿立方米。
四、自然资源
濉溪县矿产资源丰富，非金属矿产以煤为主，是全国煤炭储量最丰富的县之一，其次是水泥灰岩。金属矿产以铁为主，铜、金、银、钴等次之。已探明储量：煤60亿吨、铁9689.16万吨,铜13.59万吨(伴生金属量)，金17.3吨(伴生金属量)，银112.65吨(伴生金属量)，钴6169.44吨(伴生金属量)，水泥灰岩3575.45万吨。煤矿产主要分布在县西北部及南部的童亭矿区，有18处；金属矿产分布在县中部地区，有11处；水泥灰岩分布在县东北部，有2处。煤炭资源门类齐全，主要有气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤及自然焦。西北部矿区各煤田以瘦煤、无烟煤为主；童亭矿区则以气煤、肥煤为主。铁矿均属矽卡岩型隐伏磁铁矿床，以富铁、高硫低磷及部分伴生铜、金、银、钴等有益元素为其特点。矿石类型以需选矿石为主，部分属炼铁用矿石。
境内野生动物有野兔、野猫、獾狗、刺猬等兽类；野鸭、野鸡、野鸽、猫头鹰等鸟类；鲤鱼、草鱼、鲫鱼等鱼类。野生植物有益母草、兔丝子、柴胡、车前草等中草药上百种。著名中药材宿蝎产于濉溪县东北部山区。