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군 북쪽 경계선을 따라 동쪽으로 낙동강이, 서쪽으로는 남강이 흐르고 동남쪽으로 가면서 고도가 높아져 전체적으로 남고북저의 지형을 보인다.

남쪽에 여항산(744m)·서북산(739m)·광려산(720m)·봉화산(649m)·오봉산(525m), 동쪽에 작대산(648m)·천주산(640m)·무릉산(556m), 서쪽에 방어산(530m) 등이 솟아 있으며, 중앙에는 자양산(402m) 등 500m 내외의 저산성 산지가 있다. 이러한 지형은 우리나라의 보편적인 지세인 북쪽으로는 산, 남쪽으로는 물이 흐르고 평야가 펼쳐져 있는 것과는 상반된다. 또한 물이 왕이 있는 북쪽으로 향해 거슬러 흐른다 하여 예로부터 '역수의 고장'이라고 홀대받기도 했다.

실제적으로 함안군은 지세가 낮아 낙동강과 남강의 빈번한 범람으로 오랜 세월 홍수의 피해를 겪어왔다. 홍수를 막기 위해 쌓은 둑은 군내에 24개나 되고 크고 작은 저수지도 200개가 넘는다. 하천은 남강과 낙동강을 비롯해 함안천이 외암천·쌍계천 등을 합해 군의 중앙을 통과하여 남강에 합류한다. 그밖에 광려천·석교천 등 군내의 지류들이 모두 북류하여 남강과 낙동강에 유입된다. 남강을 끼고 있는 군북면·법수면·대산면과 낙동강을 끼고 있는 칠서면·칠북면에는 비옥한 충적평야가 넓게 펼쳐져 농경지로 이용된다. 지질은 경상계 퇴적암이 널리 분포한다.

기후는 남부지역에 있어 기온이 연중 따뜻하고 비가 많이 온다. 연평균기온 12.6℃ 내외, 1월평균기온 －1.6℃ 내외, 8월평균기온 25.8℃ 내외이며, 연강수량은 1,300.7㎜ 정도이다. 식생은 남부온대림대에 속하여 온대활엽수림과 혼합림이 주종을 이룬다.