Phú Lương là huyện miền núi nằm ở phía Bắc tỉnh Thái Nguyên, trung tâm huyện là thị trấn Đu cách thành phố Thái Nguyên 22 km theo quốc lộ III. Phía Bắc giáp tỉnh Bắc Cạn; Phía Nam giáp thành phố Thái Nguyên; Phía Đông giáp huyện Đồng Hỷ; Phía Tây giáp huyện Định Hóa. Phú Lương nằm kề với thành phố Thái Nguyên và dọc theo quốc lộ III nối Hà Nội - Thái Nguyên - Bắc Cạn - Cao Bằng. Phú Lương có tổng diện tích tự nhiên là 368,94 km2, với 16 đơn vị hành chính gồm thị trấn Đu, thị trấn Giang Tiên và 14 xã với tổng dân số trên 107 nghìn người.
Phú Lương là huyện có địa hình tương đối đa dạng, độ cao trung bình so với mặt biển từ 100 - 400m. Các xã phía Bắc và Tây Bắc có địa hình núi cao, chia cắt phức tạp, tạo ra nhiều khe suối, độ cao trung bình 300 - 400m (độ dốc lớn trên 200). Các xã phía Nam có địa hình bằng phẳng hơn với độ dốc thường dưới 150
tương đối thuận tiên cho sản xuất nông nghiệp. Các loại đất phù sa, đất dốc tụ, đất bạc màu, đất đỏ vàng thích hợp cho việc phát triển các loại cây khác nhau chỉ chiếm 23,5% diện tích đất đai toàn huyện; hai loại đất đỏ vàng trên phiến thạch sét và đất nâu đỏ trên đá mácma bazơ và trung tính tương đối phù hợp với trồng cây công nghiệp dài ngày, cây ăn quả và bố trí sản xuất theo hướng nông, lâm kết hợp, chiếm trên 50% diện tích, còn lại là các loại đất khác.
Huyện Phú Lương có thể chia thành 4 vùng rõ rệt:
Vùng phía Bắc: Gồm 3 xã phía Bắc: Yên Ninh, Yên Trạch, Yên Đổ. Vùng này thích hợp cho phát triển mạnh kinh tế lâm nghiệp, trồng rừng phòng hộ; khai thác vật liệu xây dựng; sản xuất lương thực, cây ăn quả; chăn nuôi gia súc, gia cầm, thuỷ sản. Tiểu vùng phía Tây: Gồm các xã Ôn Lương, Hợp Thành, Phủ Lý. Vùng này thích hợp cho phát triển phát triển kinh tế lâm nghiệp; sản xuất lương thực hình thành vùng lúa
đặc sản; phát triển chăn nuôi gia súc, gia cầm, thuỷ sản; đầu tư phát triển thương mại, dịch vụ gắn với phát triển du lịch sinh thái, du lịch lịch sử; khai thác và chế biến khoáng sản.
Tiểu vùng phía Đông:Gồm 4 xã Yên Lạc, Phú Đô, Tức Tranh, Vô Tranh. Vùng này có rất nhiều điều kiện tự nhiên thuận lợi để phát triển nông, lâm, thủy sản, hình thành vùng sản xuất chè trọng điểm, chè an toàn, chè đặc sản; sản xuất lương thực, cây ăn quả; chăn nuôi gia súc, thuỷ sản; phát triển tiểu thủ công nghiệp, dịch vụ; khai thác vật liệu xây dựng.
Tiểu vùng phía Nam:Gồm thị trấn Đu, Giang Tiên, các xã Động Đạt, Phấn Mễ, Cổ Lũng, Sơn Cẩm. Đây là vùng kinh tế phát triển chính của huyện. Tập trung quy hoạch thu hút đầu tư phát triển công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp, thương mại - dịch vụ; quy hoạch hình thành khu trung tâm thương mại ở một số vị trí trọng điểm; tôn tạo, mở rộng quần thể khu di tích lịch sử Đền Đuổm; khai thác, chế biến khoáng sản; sản xuất lương thực, giống lúa; phát triển các khu chăn nuôi tập trung theo hướng công nghiệp. Huyện Phú Lương có điều kiện thuận lợi về giao thông để giao thương hàng hóa như tuyến Quốc lộ 3, Quốc lộ 1B, với tổng chiều dài gần 40km, nối kết Phú Lương với các tỉnh Bắc Kạn, Cao Bằng, Tuyên Quang. Đặc biệt là điểm nối với tuyến đường cao tốc Hà Nội - Thái Nguyên, đường tỉnh lộ chạy qua địa bàn huyện có chiều 15km sẽ tạo ra quỹ đất cũng như nhiều dư địa phát triển mới. Phú Lương còn có mạng lưới giao thông nông thôn khá dày đặc với 545,8 km (gồm 125,4km đường liên xã và 420,4 km đường liên thôn, liên xóm).
Phú Lương có điều kiện khí hậu đa dạng mang đậm tính chất nhiệt đới gió mùa ẩm đặc trưng của khí hậu Việt Nam. Trong năm, khí hậu được chia làm 2 mùa rõ rệt: Mùa nóng ẩm từ tháng 5 đến tháng 10, nhiệt độ trung bình 27-29 độ C; mùa đông khô hạn và giá lạnh từ tháng 11 đến tháng 4, nhiệt độ trung bình từ 10-18 độ C. Lượng mưa trong năm tương đối lớn chủ yếu tập trung vào tháng 6,7,8,9. Độ ẩm trong không khí vào mùa mưa trung bình từ 80-85%, còn mùa khô khoảng 12-15%.
Phú Lương có mật độ sông suối lớn (bình quân 0,2km/km2), trữ lượng thủy văn cao, đủ cung cấp nước cho sản xuất và sinh hoạt của dân cư trong Huyện. Nguồn nước tại các ao, hồ: Phú Lương có các hồ thủy lợi và nuôi trồng thủy sản rất có giá trị như hồ Ô Rô (Phủ Lý), hồ Đầm Ấu, Tuông Lạc (Ôn Lương), hồ 19/5 (Sơn Cẩm), hồ Khuân Lân, Phủ Khuôn (Hợp Thành), hồ Núi Mủn (Cổ Lũng), hồ Suối Mạ (Yên Trạch).
Tài nguyên rừng: Phú Lương là huyện miền núi thấp có diện tích đất lâm nghiệp chiếm tỷ lệ lớn. Tổng diện tích đất lâm nghiệp của huyện hiện nay là 17.246 ha, chiếm 46,7% tổng diện tích đất tự nhiên toàn huyện bao gồm: Rừng tự nhiên, đất rừng trồng. Rừng Phú Lương có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc phát triển kinh tế - xã hội, bảo vệ môi trường sinh thái khu vực, giữ nguồn nước, tạo cảnh quan, giữ gìn các di tích lịch sử văn hóa các dân tộc
Tài nguyên khoáng sản và vật liệu xây dựng: Phú Lương có mỏ than Phấn Mễ, Sơn Cẩm, mỏ than Khánh Hòa; mỏ quặng ILMenit trữ lượng khoảng 4 triệu tấn; đã xây dựng nhà máy chế biến quặng Tital tại xã Phủ Lý, Động Đạt; mỏ quặng chì kẽm Yên Lạc. Đồng thời Phú Lương còn có nguyên liệu đất cao lanh Phấn Mễ, cổ lũng (trữ lượng khoảng 2 triệu tấn, điều kiện khai thác tương đối thuận tiện). Đá cuội sỏi, cát, đá hộc như mỏ đá Suối Bén (Yên Ninh và Núi Chuông (Động Đạt).