地形地貌。楚雄市地势西北高，东南低，从西北向东南倾斜，最高峰为西舍路镇哀牢山脉小越坟山，海拔2916.1米，最低点在礼社江与彝家拉河、石羊江交汇处，海拔691米。市境地貌可分为山间盆地、中山浅切割宽谷、中山深切割峡谷三大地貌单元。西部为山地，占全市总面积的55.8%，东部为丘陵和山间盆地，面积在5平方千米以上的坝子有鹿城、子午、东华、腰站、饱满街、吕合6个。

山脉河流。境内群山皆属哀牢山系东麓支干余脉，基本上呈西北、东南走向。哀牢山起自大理州境内，由西北向东南，穿过市境西南部向双柏县延伸出境。境内河流分属元江、金沙江两大水系。主要河流为龙川江和礼社江。龙川江穿越市境东北部，为金沙江一级支流，自南华牛凤龙村入境，向东流经吕合、东瓜、鹿城，再由南转北过智明坝子石涧出境，市境内流长62.5千米，主要支流有紫甸河、西静河、河前河、寨子小河、青龙河、苍岭小河，金沙江水系在境内的径流面积为1092平方千米，占全市总面积的24%。礼社江穿越市境西南部，是元江上游，经南华县入境，西岸为西舍路，东岸为八角、中山、新村和中邑舍，流长86千米，支流多集于东岸；主要支流有马龙河、三街河、白衣河、五街河、邑舍河、碧鸡河、自雄河；元江水系在境内的径流面积为3228平方千米，占全市总面积的76%。

气候土壤。楚雄市地处滇中干旱区，属北亚热带冬干夏湿季风气候，立体气候较为突出，干湿季分明，雨量集中，日照充足。楚雄市年平均气温17.6℃，降雨量709.7毫米，环境空气质量优良率100%。全市土壤有水稻土、红壤、紫色土、黄棕壤、冲积土、石灰岩土6个土类。水稻土主要分布在坝区大小河流两岸，占全市总面积的5.11%；红壤主要分布在山区和半山区，占全市总面积的26.11%；紫色土主要分布于坝区和山区的大过口、三街等地，占全市总面积的32.47%；黄棕壤主要分布于海拔2300米以上的高寒山区，占全市总面积的8%。

水资源。楚雄市水资源由地表水和地下水构成。地表水主要来源于降水，占水资源总量的92.45%；境内多年平均径流量为9.04亿立方米，丰水年为12.22亿立方米，贫水年为8.39亿立方米；地下水多年平均为3.24亿立方米，枯水年为1.91亿立方米，占河川径流量的24.6%；集中式饮用水源地水质保持稳定保持在Ⅲ类以上。

矿产资源。矿产资源有煤、石油、页岩、金、铜、铅锌、铁、铬钴、石灰岩、石棉、大理石、云母、滑石、建筑用砂、砂岩、页岩、陶瓷土、矿泉水等18种，其中，煤、金、铅锌是全市的优势矿种。

生物资源。有野生动物70余种，常见木本植物30余种，草本植物20余种，食用菌、藻类20余种；有野生中药材243科1381种，约占云南省中药材资源种类的40%，被省政府认定为“云药之乡”。境内有大量的原生茶花资源，是云南山茶花的重要原生地之一，也是山茶科植物物种基因库。山茶属植物有云南山茶、粗柄连蕊茶、猴子木、毛果山茶、怒江山茶、厚皮香6种，百年以上云南传统名贵茶花园艺品种古树主要有童子面、松子壳、狮子头、大叶银红、大理茶5种，楚雄茶花精品种植园培育的“紫禾”“楚焰”2个新品种，通过中国科学院昆明植物研究所茶花专家鉴定正式命名。楚雄本地鉴定、命名的特有品种主要分布在紫溪山、黑牛山和三尖山地区。2020年，楚雄市森林面积33.57万公顷，森林蓄积量2440.34万立方米，森林覆盖率75.62%。

名特优产品。市内名特产品主要有彝绣服饰和彝绣手工制品、云泉豆瓣酱系列产品、野生菌系列产品、核桃系列产品等名优产品；同时，通过多年发展，楚雄市逐渐形成了以撒坝猪、云岭牛、云岭黑山羊、土杂鸡、朗德鹅为主的养殖业名品和大过口魔芋、蚂蝗箐茶、紫溪冬桃、干田红梨、东华枇杷为主的种植业名品，以及苍岭有机米、吕合生态菜籽油、子午云龙酱油、大地基热带果蔬、大过口乡红心猕猴桃、三街彝山云雾茶、八角手工红糖、树苴发嘎土坛酒、西舍路何首乌、花椒等地域特色产品。境内楚雄肉牛获云南省特色农产品优势区首批认定；云南爱尔发生物技术股份有限公司生产的雨生红球藻、虾青素被认定为全国首个生物技术类生态原产地保护产品。