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군의 서쪽에 솟은 천왕봉(1,915m)을 기점으로 하는 지리산 줄기가 남북으로 뻗어 있으며, 북쪽에는 백운산의 지봉인 황매산(1,108m)·송의산(539m)이 있다. 군의 중앙에는 웅석봉(1,099m)과 둔철산(812m)이 솟아 있다.

산청군 시천면 중산리

산청군 시천면 중산리와 멀리 지리산 천왕봉이 보인다.

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이들 산 사이를 남강의 지류가 흐르면서 계곡 양안에 좁은 평야를 이룬다. 경호강이 군의 중앙부를 남북으로 관류하며, 지리산에서 발원하는 덕천강과 황매산에서 발원하는 양천강·사정천이 합류하여 남강으로 흘러든다.

기후는 내륙지방의 영향을 받는 대륙성 기후이다. 군의 높은 산악지대는 산간 평지에 비해 평균기온이 낮고, 기온의 일교차가 뚜렷하다. 연평균기온 12.7℃ 내외, 1월평균기온 －0.3℃ 내외, 8월평균기온 25.3℃ 내외이며, 연평균강수량 1,485.4㎜ 정도이다. 식생은 낙엽활엽수림과 아한대수림이 혼재한다. 특히 지리산 일대는 온대식물에서 아한대수종에 이르기까지 광범위한 식물의 수직분포를 보인다.