南丹地处广西壮族自治区西北部，云贵高原东南边缘，凤凰山脉的余脉，是中低山向广西丘陵过渡地带。地势自西北向东南倾斜，海拔高度多数在500～1000米之间，地形复杂，属中亚热带气候区。南丹年平均气温17.4℃，年平均降雨量1472.7毫米，主要气象灾害有干旱、暴雨和洪涝、低温冷害、寒冻害、雷暴、冰雹和大风。
南丹县境地处云贵高原向桂西北丘陵过渡的斜坡地带，整个地势由东北向西南方向倾斜，境内高山连绵起伏，峰峦重迭，海拔600~900米之间。
位于罗富乡罗屯村境三匹虎次峰海拔1321米，为县境最高点，吾隘乡独田村的拉仁河口海拔205米，为县境最低点，高低相差1116米。县境泥盆纪和石炭纪地层出露齐全，有世界罕见的菊石年代连续的各类化石层，构成剖面完整清晰的阿谢尔斯菊石。
