沭陽地處江蘇北部，沂沭泗水下游，屬魯南丘陵與江淮平原過渡帶。縣域介于北緯33°53′至34°25′，東經118°30′至119°10′之間，東西長60公里，南北寬55公里。東鄰連云港市灌云縣、灌南縣，南連淮安市漣水縣、淮陰區，西靠宿遷市泗陽縣、宿豫區，北接連云港市東海縣和徐州市新沂市，是徐、連、淮、宿四市結合部。全縣地形呈不規則方形，地勢西高東低，大部分地面高程在7—4.5米。縣內最高峰韓山海拔65.9米，除潼陽、桑墟、劉集、悅來等鄉鎮有些崗嶺外，土地平衍，河網密布，有新沂河、淮沭新河等32條河流縱橫境內。

沭陽屬于暖溫帶季風氣候，全境氣候溫和，四季分明，日照充足，雨量豐沛。年平均氣溫14.1℃，歷年最高氣溫一般在35℃—38℃之間，歷史極端最高氣溫為38.9℃；歷年最低氣溫一般在-4℃—-5℃左右，歷史極端最低氣溫為-18.0℃。年平均降水量918.0毫米，年最大降水量1480.0毫米，年最小降水量625毫米。年平均日照時數2046.0小時，年平均相對濕度為75%，年平均風速為1.8米/秒，年平均雷暴日數28.3天，年平均暴雨日數3.6天，年平均大于等于35℃高溫日數4天。