Облыс Арал теңізінің шығысында Сырдария өзенінің төменгі ағысында орналасқан. Аумақтың негізгі бөлігі Тұран ойпатында орналасқан (биіктігі 50-200 м.)
-облыстың батыс бөлігі Арал теңізімен шектеседі;
-оңтүстік-шығысы мен солтүстік-батысында Қаратаудың тау жоталары мен жазықтығы орналасқан;
-батысында – Қарақұм арал маңы құмдарының төбелері бар.
Сырдарияның сол жақ жағалауында – Жаңадария мен Қуаңдария өзендерінің құрғақ арналары кесіп өтетін Қызылқұм топырағының төбелері мен кең жазықтығы, оң жақ жағалауында үстірттері (Егізқара, 288 м.), құм учаскелері (Арысқұм және өзгелері), сорға толы таяз шұңқырлар кездеседі. Солтүстігінде – құм төбелері массивтері (Кішкентай Барсұқ және Қарақұм топырағы) бар. Оңтүстік-шығыс бөлігінде Қызылорда облысының аумағына Қаратау тауының жоталары кіреді (биіктігі 1419 м-ге дейін).
Оңтүстік-шығыстан солтүстік-батысқа дейін облыс орталығы арқылы ағып өтетін, ұзындығы 1 мың км. созылған, көптеген арналар мен ағыстарға тараған үлкен иреңді арнасы бар Сырдария өзені-ең ірі жалғыз өзен болып табылады. Тасқындардан қорғану мақсатында өзен жағалауының бойымен қорғаныс бөгеттері салынған; 1956 жылы Сырдария өзеніне Қызылорда плотинасы салынды;1958 жылы Жаңадария арнасымен жайылымдар мен егістікті суландыруға өзен суы жіберілді.
Жазды күндері кеуіп кететін көптеген тұзды көлдер бар (Жақсықылыш, Қамыстыбас, Арыс және т,б.); Көпек және Терескен көлдерінде — емдік қасиетке ие батпақтары бар. Қызылорда облысының шегінде солтүстік-шығысында Сарысу өзенінің сағасы кіреді.
Аумақтың біршама бөлігі өсімдігі аз топырақтары орналасқан; яғни қатайған жерлерінде жусанды бетегелер, тұзға бейімделген өсімдіктер, көктемде құмдақ және сортаң жерлерде тұрақсыз өсімдіктер сорты; құмдардың арасында дүзгіндер өседі. Құм төбешіктері сексеуіл, жыңғылдар, теріскен, бұйырғандар, жусандармен бекіген.
Шөл далада көптеген жыртқыш аңдар (түлкі, қарсақ, қасқыр және т,б.) және тұяқтылар (киік), сонымен қатар кеміргіштер мен құстар (бұлдырлар және өзгелер) кездеседі, Сырдария өзенінің атырабында ондатра бейімделген.
Облыс аумағының негізгі бөлігі Тұран ойпатында, шығысында Қаратау тауының жоталары, солтүстік-батысында Арал маңы Қарақұмы, оңтүстік-батысында Қызылқұм орналасқан. Қызылорда облысының климаты жазы ұзақ мерзімді ыстық және қары аз қысқа мерзімді суық, күрт өзгермелі континентті. Мұндай климаттық режим еуроазиялық материгінің ішінде орналысуымен, оңтүстік аймаққа жақындығымен, атмосфераның ауысымдылығының ерекшелігімен және өзге де факторлармен сипатталады.
Климаттың континенталдығы көптеген метеорологиялық элементтердің тәуліктік, айлық және жылдық өзгеруімен байқалады.
Жазы ыстық және ұзақ мерзімді. Бұл кезеңде температурадағы күрт өзгеру сипаты байқалмайды. Кейбір жерлерде шілде айының орташа температурасы 36-39 0С. Облыс аумағының басым бөлігінде температураның абсолютты максимумы 44-48 0С құрайды. Қыс мезгілінде облыстың солтүстік және оңтүстік аймақтарынының арасында температурада айтарлықтай айырмашылықтары бар. Мысалы, ең салқын ай-қаңтардағы орташа температура 35-360 С градусты құрайды.
Солтүстікке ашықтылық қасиеті облыс аумағына кедергісіз салқын ауа массасының енуіне мүмкіндік береді және нәтижесінде қыс айларында күрт салқындайды. Ауа температурасының абсолютты минимумы 420 С градусқа дейін жетеді.
Құрғақшылық – облыс климатының ерекшелектерінің бірі. Жауын-шашын өте аз жауады. Орташа жылдық мөлшері 100-190 мм аспайды және жыл маусымдарында оның түсімі біркелкі емес: барлық жауын-шашынның 60 пайызы көктемгі-қысқы кезеңдерге тиесілі.
Облыс аумағының барлық бөлігінде солтүстік-шығыс бағытындағы күшті және жиі желдер болып тұрады. Оның орташа жылдық жылдамдығы секундына 3,1 метрден 6 метрге дейін ауытқып отырады. Қыс мезгілдеріндегі күшті желдер төменгі температура жағдайында жер бедерлерінің биік беткейлеріндегі қар жамылғыларын ұшырып кетеді, нәтижесінде топырақтың беткі қабаттарының терең қатуына және жарылуына әкеліп соғады. Жазғы уақытта шаңды дауылдар байқалады.