柳河县地处吉林省东南部。县城柳河镇，北距省城长春市304公里，南距通化市111公里。东与白山市靖宇县接壤，南和通化县毗连，西依辽宁省的清源县、新宾县为邻，北与梅河口市相接，东北与辉南县交界。
全县东西极点长107公里，南北两极点宽76.5公里，幅员3348.29平方公里。耕地面积45762公顷，水域面积6300公顷。

　　增内处长白山区向松辽平原过渡地带，多山与丘陵，属半山区。地势多在海拔400—1000米之间，南部和北部是河谷平原，海拔400米左右；东南部山高林密海拔800—1293米。长白山系的南龙岗、北龙岗、罄岭，老岭山脉贯全境。地势基本特征是东南和西南高，东北低，从东南和西南向东北倾斜，东北宽于西南，类似铧形

　　境内地层出露较全，以太古界鞍山群为基底，其上发育了震旦系、寒武系、奥陶系、宝石炭系中上统，以及侏罗系、白垩系，第四系。地表以沉积岩为主，变质岩较少，其余是岩浆侵入岩和岩浆喷出岩。境内分属东西向、华夏系、新华夏系3个地质构造体系，或单独出现，或复合一起，形成县内的地质构造轮廓。

　　柳河县属温带湿润，半湿润季风气候。四季分明。春季干燥多风，夏季湿润多雨，秋季温和凉爽，冬季寒冷漫长，结冰期长达5个月之久。年平均气温为5摄氏度。全年积温3160摄氏度左右，由西北向东南递减，一统河下游比冷凉山区积温600摄氏度。年平均降水量为755毫米，6—8月降水占全年的59%，雨热同季，适宜作物生长，降水量由西北向东南递增，相差80毫米左右。

　　境内主要河流有一统河、三统河、哈泥河和窝集河四条，总长250.2公里，除哈泥河属鸭绿江水系外，均属第二松花的辉发河水系。四条大河汇集大小河流60条，超过10公里长的支流29条。流经12个乡镇的三统河，由马鹿河、红石河、兰山河三条支流汇集而成得名，长83公里，流域1624平方公里；与西北部流经5个乡镇，长78公里，流域855平方公里的一统河合称“两河流域”，占全县总面积的74%，河床为砂卵石，两岸为砂壤土，土质肥活是全县的主要产粮区。

　　据调查，县境内有野生经济植物236种，野生动物有蜜蜂科、蛙科等16科，有林地面积为164751公顷，地下矿藏丰富，初步探明储量的矿产有24种。