辖区内河流属淮河水系。主要干流河道有涡河、西淝河、茨淮新河、北淝河、芡河等。涡河自谯城区安溜镇入境，东南流经涡阳县至蒙城县移村集出境入怀远县，境内长173公里，流域面积4039平方公里;西淝河自谯城区淝河镇入境，东南流经涡阳县，至利辛县展沟镇出境入凤台、颍上县界，境内长123.4公里，流域面积1871平方公里;茨淮新河自利辛县大李集镇入境，向东流经利辛县境南部，至蒙城县邹楼出境入怀远县，境内长66公里，流域面积1401平方公里。
亳州市常见的灾害性天气有旱、涝、大风、冰雹、干热风、低温、霜冻等。旱、涝是最主要的自然灾害。
全市气候处在暖温带南缘，属于暖温带半温润气候区，有明显的过渡性特征，主要表现为季风明显，气候温和，光照充足，雨量适中，无霜期长，四季分明，春温多变，夏雨集中，秋高气爽，冬长且干。因气候的过渡性，造成冷暖气团交锋频繁，天气多变，年际降水变化大，全市历年平均气温14.7℃，平均日照2320小时，平均无霜期216天，平均年降水量822毫米。
亳州市全境跨东经115°53′～116°49′、北纬32°51′～35°05′，呈东南西北向斜长形，长约150公里，宽约90公里。辖境与黄河决口扇形地相连，属平原地带，地势平坦，仅东部有龙山、石弓山、齐山、狼山、双锁山等10余处石灰岩残丘分布;整个亳州地势西北高而东南低，以1/9000地面自然坡降向东南微倾。西北部谯城区詹楼地势最高，海拔42.5米;东南以利辛县展沟南部最低，海拔22米，相对落差20.5米。由于受河流蜿蜒切割变迁和黄河历次南泛的影响，形成平原中岗、坡、碟形洼地相间分布，具有“大平小不平”的地貌特征。土壤主要是砂礓黑土，其次是潮土、棕壤土类，并有少量石灰土在涡、蒙两县的山丘周围分布。
