Trấn Yên là một huyện miền núi nằm sâu trong nội địa về phía đông nam của tỉnh Yên Bái. Trấn Yên là vùng chuyển tiếp từ trung du lên miền núi với độ cao trung bình từ 100 - 200m so với mặt nước biển. Địa hình cao dần từ đông nam lên tây bắc, các xã phía nam có địa hình phần lớn là đồi bát úp, đỉnh bằng sườn thoải thuận tiện cho việc trồng cây lương thực và cây công nghiệp. Các xã nằm dưới chân núi con voi và dãy Pú Luông có địa hình phức tạp, chia cắt núi đồi xen lẫn với thung lũng sâu có độ dốc lớn nên khó khăn cho đi lại và giao lưu kinh tế.
Là khu vực có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa có mùa đông lạnh, khô hạn và mùa hạ nóng ẩm mưa nhiều, Trấn Yên: “tháng Giêng mưa nhiều, tháng 2, tháng 3 khí trời ấm áp, tháng 5, tháng 6 nóng bức, tháng 7 tháng 8 mưa nhiều, thỉnh thoảng có bão, tháng 10 bắt đầu hết sấm, tháng 11 gió rét, tháng 12 giá buốt.
Ngày nay, khí hậu Trấn Yên nói riêng và tỉnh Yên Bái nói chung mang những đặc điểm chung của khí hậu miền Bắc đó là nhiệt đới gió mùa được hình thành dưới sự tác động kết hợp của những nhân tố về nhiệt đới (gió mùa, chế độ bức xạ) và nhân tố gió mùa trong khu vực Đông Nam Á. Nhiệt độ trung bình ít biến động trong năm (23 - 24ºC). Gió thịnh hành là gió mùa đông bắc và gió mùa đông nam. Khí hậu nơi đây chia làm hai mùa rõ rệt: mùa
lạnh từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau, vùng thấp kéo dài khoảng 4 tháng, vùng cao mùa lạnh đến sớm và kết thúc muộn nên dài hơn vùng thấp, vùng cao từ 1.500m trở lên hầu như không có mùa nóng, nhiệt độ trung bình ổn định dưới 20ºC, có nơi có hiện tượng sương muối, băng tuyết, thường bị hạn hán vào đầu mùa lạnh và cuối mùa thường có mưa phùn. Mùa nóng từ tháng 4 đến tháng 10 là thời kỳ nóng ẩm, nhiệt độ trung bình ổn định trên 25ºC, tháng nóng nhất là 37 - 38ºC, mùa nóng cũng chính là mùa mưa nhiều, lượng mưa trung bình từ 1.500 - 2.200mm/năm và thường kéo theo gió xoáy, mưa to gây ra lũ quét ngập lụt… Độ ẩm trung bình là 85 - 87%, cao nhất 97% thấp nhất 67%.
Nhìn chung khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa đã tạo thuận lợi cho phát triển kinh tế nhất là với sản xuất nông nghiệp. Lượng bức xạ phong phú nền nhiệt lượng cao là thuận lợi đối với việc tạo ra sinh khối lớn giúp cho cây trồng phát triển, cây ăn quả và cây lương thực ngắn ngày quay vòng nhanh, các ngành khai thác và chế biến gặp nhiều thuận lợi, các ngành du lịch và giao thông có thể hoạt động quanh năm. Khí hậu mát ở vùng cao cho phép trồng cây dược liệu quý như quế và chăn nuôi gia súc có sừng. Bên cạnh những thuận lợi kể trên, địa phương cũng chịu nhiều hậu quả do đặc điểm của thời tiết gây ra. Mùa đông nhiều đợt gió lạnh buốt tràn về gây ra sương muối, đầu mùa hè những đợt gió tây nóng tràn sang ảnh hưởng đến sức khỏe con người súc vật và cây trồng. Các tai biến thiên nhiên như hạn hán, lũ lụt, mưa đá, sương muối đã gây ảnh hưởng đến đời sống và sản xuất của nhân dân trong huyện, đặc biệt là đối với nông, lâm nghiệp.
Trấn Yên có gần 30 ngòi, suối phân bố tương đối đồng đều trên địa bàn đặc biệt là sông ngòi ngắn, dốc thuận tiện cho việc xây dựng các công trình thuỷ lợi cung cấp nước cho đồng bào sinh hoạt và nước tưới cho đồng ruộng. Ngoài hệ thống sông ngòi, Trấn Yên còn có hệ thống ao, hồ khá phong phú,
có tổng diện tích gần 700ha là tiềm năng rất lớn cho việc nuôi trồng và đánh bắt thủy sản cũng như việc xây dựng các điểm du lịch sinh thái trong tương lai. Chảy trên một địa hình đồi núi nên lòng sông dốc, nước chảy xiết và có khả năng tập trung nước nhanh vào mùa lũ. Thủy chế chia làm hai mùa rõ rệt, phù hợp với hai mùa của khí hậu. Mùa lũ tập trung tới 80% tổng lượng nước trong năm và thường gây ra ngập lụt ở một số vùng.
Trấn Yên có sông Hồng, có một nhánh chính là sông Thao bắt nguồn từ Trung Quốc chảy qua địa phận theo hướng Tây Bắc - Đông Nam. Đây là giao thông đường thủy lớn nhất của huyện. Hệ số xâm thực rất lớn 450 tấn/km²/năm nên lượng phù sa cao bình quân 1,39kg/m³/năm, đây cũng là lượng phân bón rất tốt cho sản xuất nông nghiệp với các xã ven sông. Ngoài ra còn có thêm sông Thao, nguồn nước sông Thao hàng năm đã đem lại cho Trấn Yên một lượng phù sa rất lớn tạo điều kiện thuận lợi cho trồng trọt và sinh sống của các loài thủy sản. Ba tháng có lưu lượng lũ lớn nhất xuất hiện trên lưu vực sông Thao phù hợp với thời gian có mưa lớn nhất trong lưu vực . Đặc biệt mưa bão thường gây ra lũ lớn trên sông Thao vào các tháng 9, 10 có khi sang cả tháng 11. Mật độ sông ngòi dày đặc, lòng sông có độ dốc cao, nhiều thác ghềnh, mỗi khi mưa lớn thường bị lũ đột ngột là những khó khăn và Tài nguyên đất của Trấn Yên theo nguồn gốc phát sinh có thể phân ra hai hệ đất chính: Hệ đất phù sa hình thành trên trầm tích sông suối bồi đắp và hệ đất Feralit phát triển trên nền địa chất đa dạng ở các địa hình đồi núi. Đất đai, khí hậu của Trấn Yên rất thích hợp với việc trồng lúa, ngô, khoai…và các loại rau màu khác. Trấn Yên là một huyện có điều kiện thuận lợi để xây dựng một nền kinh tế phát triển toàn diện: nông nghiệp, lâm nghiệp, công nghiệp và thương nghiệp. Hiện nay Trấn Yên có tổng diện tích đất tự nhiên 62.857,99ha (năm 2014) bao gồm: Đất nông nghiệp có diện tích 58.217,6ha chiếm 92,61% tổng diện tích đất tự nhiên (trong đó đất sản xuất nông nghiệp 10.403,63ha,
đất lâm nghiệp 47.563,98 ha). Đất phi nông nghiệp có diện tích 4.620,77ha chiếm 7,35% tổng diện tích đất tự nhiên, đất chưa sử dụng là 19,59ha chiếm 0,03% tổng diện tích đất tự nhiên của địa phương.
Khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa tạo điều kiện cho rừng ở Trấn Yên sinh trưởng và phát triển nhanh, thành phần loài phong phú: Diện tích rừng năm 2013 là 43.066ha trong đó rừng tự nhiên là 14.086ha, rừng trồng 28.980ha. Xen kẽ các khu rừng lớn là các mặt bằng với nhiều bãi cỏ rộng có khả năng phát triển chăn nuôi đại gia súc hoặc mở mang du lịch sinh thái, dịch vụ...
Điều kiện tự nhiên đã đem lại cho Trấn Yên nhiều lợi thế, sự giàu có tài nguyên khoáng sản cũng như thế mạnh sản xuất nông, lâm nghiệp. Ngoài ra, nguồn nước sông Thao (sông Hồng) hàng năm chuyển qua Yên Bái 19 tỉ m³ nước chứa nhiều phù sa màu mỡ trên một đoạn dài từ Lang Thíp (Văn Yên) đến Văn Tiến (Trấn Yên) tạo nên nhiều vùng đất màu mỡ thuận lợi cho trồng cây lương thực.