沾益区位于云南省东部，曲靖市中部，地处东径103°29′～104°14′、北纬25°31′～26°06′之间。东与相伴，南与麒麟区、马龙县接壤，西与寻甸、会泽两县毗邻，北与宣威市交界，沾益区东西最大横距73千米，南北最大纵距64千米。最东为播乐乡奴革大箐村，最南为白水镇岗路甘塘村，最西为大坡乡河尾鲁子背村，最北为德泽乡小柳树大田口子村。总面积2910平方千米。

沾益地处珠江源头的南、北盘江分水岭多山地带，地貌以滇东高原丘陵为主。最高点为菱角老黎山海拔2678米，最低点为德泽热水村牛栏江河谷海拔1650米。较大的山有马雄山，东北—西南走向，是南、北盘江和牛栏江的分水岭，珠江的发源地。

沾益区主要河流有属珠江流域的南盘江、北盘江，属长江流域的牛栏江。

沾益区全年气候温和，降水充沛，干湿季分明，属低纬度高原季风气候。年平均气温16.3～18.6℃，极端最高温33.1℃，极端最低温一9.2℃，年日照时数2098小时，日照率47%，全年无霜期255天左右，年均降雨量1002毫米，每年5一10月降水量占全年降水的89%。

沾益区共有7个土类，23个土属，56个土种，2个变种，土壤覆盖面积2632平方千米，占总面积的92.32%。主要土壤类型为红壤，占土地总面积的74.8%，紫色土和水稻土分别占9.9%和5%，黄棕壤占1.7%，石灰岩土占0.1%，冲积土占0.8%，沼泽0.08%。