Huyện Phú Tân được bao bọc bởi bốn phía là sông ngòi, kênh rạch. Phía bắc, Tây Bắc giáp huyện Tân Châu có kênh Vĩnh An nối liền sông Tiền với sông Hậu với chiều dài 17km; Phía Tây giáp huyện Châu Phú ngăn cách bởi sông Hậu với chiều dài 39 km; Phía Đông giáp tỉnh Đồng Tháp ngăn cách bởi sông Tiền; phía Nam, Đông Nam giáp huyện Chợ Mới có nhánh Vàm Nao dài 7km nối liền sông Tiền với sông Hậu.
Do được bao bọc bởi bốn phía sông ngòi cho nên huyện Phú Tân như một cù lao nổi, mang tính chất địa hình của vùng cồn bãi. Dải đất ven sông Tiền, sông Hậu cao và thấp dần theo hướng Tây Bắc xuống Đông Nam. Độ cao trung bình biến thiên từ +1.0 đến +2.0 m.
Đất đai rất màu mỡ do hàng năm đều có sự bồi đắp của 3 con sông: sông Tiền, sông Hậu và sông Vàm Nao. Đất hình thành từ chất phù sa lắng đọng, là loại đất phù sa trẻ có đặc tính tốt, độ phì nhiêu cao, các chất trong đất cân đối, mang nhiều hạt nhỏ, đất có thành phần cơ giới chủ yếu là thịt và sét, tầng đất dày phù hợp với nhiều loại cây trồng, đặc biệt là lúa nếp.
Về khí hậu và thủy văn, sông Tiền và sông Hậu chịu ảnh hưởng của chế độ dòng chảy ở thượng nguồn, nước lũ về đồng thường bắt đầu vào tháng sáu, diễn biến đỉnh lũ xảy ra từ tháng 8 đến tháng 10. Khí hậu chia làm hai mùa, mùa mưa từ tháng 5 đến hết tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau.
Đặc điểm tự nhiên thể hiện tiềm năng để huyện phát triển mạnh ngành trồng trọt, trong đó lúa nếp là loại cây trồng đặc biệt thích ứng và đạt hiệu quả cao nhất.