杨凌农业高新技术产业示范区地处鄂尔多斯地台南缘的渭河地堑,系属渭河谷地新生代断陷地带。南侧为中国南北方地理分界线秦岭山脉,北侧为横贯陕西中部的渭北黄土塬。渭河自西向东流经本区南界,区内自南向北依次分为渭河滩地,一级阶地、二级阶地、三级阶地和沟坡地五种地貌单元,形成本区北高南低,西高东低,南北呈阶梯地形。
杨凌农业高新技术产业示范区属东亚暖温带半湿润半干旱气候区,具有春暖多风,夏热多雨、秋热凉爽多连阴雨、冬寒干燥等明显的大陆性季风气候特征。年均气温12.9℃,无霜期211天。年均日照时数2163.8小时,年总太阳辐射量114.86千卡/平方厘米,年均降水量635.1毫米。