拜泉縣位於新華夏第二沈降帶松嫩凹陷東北部。自東向西，有巨厚的古近系陸相碎屑巖，以及巨厚的古近系伊安組含煤頁巖(包括數層粉砂和細砂巖)。上第三系孫吳組疏松砂巖、砂礫巖和砂質泥巖。
拜泉縣境內丘陵河流密布，淺山區和低山丘陵比例較大。具有明顯的大陸性季風氣候特征，年平均降雨量490毫米，年平均積溫2454.5℃，年平均日照2730小時，無霜期122天。全縣有膨潤土3000萬噸，石英砂1435萬噸，天然礦泉水31.2-38.4立方米以及紅土、磷、矽化鉬、泥炭等礦產資源。