下妻市は、茨城県南西部、東京から約60km圏に位置し、北は筑西市、南は常総市、東は筑波研究学園都市と筑西市、西は結城郡八千代町にそれぞれに接しています。
東経139度58分、北緯36度11分に位置し標高23.40ｍで、緑と水に恵まれた田園都市です。総面積は80.88平方キロメートルで、正方形に近い矩形をしています。その大半は、比較的肥沃な土地で形成され、中央に砂沼、東に小貝川、西に鬼怒川と水資源も豊かです。
夏の平均気温は24℃、冬の平均気温は4℃で、降水量は夏平均175mm内外、冬平均40mm内外となっており、海から50km以上離れているため、やや内陸型の性格の強い温暖な気候です。