位于湖南的中部，和湘潭、长沙、益阳、怀化、邵阳接界娄底境内整个地势西高东低，呈阶梯状倾斜。西部新化县、冷水江市、涟源市西南部属湘西山地区，山势雄厚，峻岭驰骋东部涟源市的中、东部，娄星区、双峰县属湘中丘陵区，地势逐渐降低，地形起伏平缓，丘岗延绵，平地宽敞。境内山脉纵横，群峰起伏，矗立大小山峰数百座。西部雪峰山脉从新化西部风车巷蜿蜒入境，斜亘西北，主要支脉有天龙山、桐凤山、奉家山、古台山、凤凰山、大熊山和冷水江境内的祖师岭等东南部有座落在双峰县的九峰山，是南岳七十二峰之一，为双峰、衡阳两县的天然分界线西北部是雪峰山余脉，向涟源伸入，西起白竹山，东至洪家大山，透迤起伏，峰峦重叠，最高峰寨子山为涟源与宁乡的天然界山中部龙山山脉横亘，主要山峰有龙山、石坪山、杨材山、仙女寨等，弯曲连绵40余公里。全区平均海拔170米，最高点是新化九龙池，海拔1622米最低点是双峰的江口峡谷，海拔64米，两点相差1558米。在娄底境内，群山林立、丘陵起伏之间，溪水奔流，河网密布，水系完整，水量充沛。全市主要河流有：东部涟水，为湘江中游一大支流，源于新邵观音山，自西向东，流经涟源市、娄星区、双峰县，经湘乡至湘潭县河口入湘江，境内全长85.85公里，沿途纳孙水、湄江、测水等1-4级支流89条，控制流域面积3906平方公里。西部资水，由南向北，流经冷水江、新化。经安化柘溪，过益阳注入洞庭湖，贯穿境内西半部，区内流程112公里，有1-4级支流100条，控制流域面积3985平方公里。区内各河流水质较好，PH值在正常范围内，离子总量不高，中等矿化度，适合于工农业生产和人们生活之用。全区年平均降水1406毫米，降水总量113.95亿立方米，且西部山区多于东部丘陵平地，直接形成的地表水资源38.87亿立方米。外来水资源丰富，共有133.42亿立方米，主要在西部，控制利用少东部入境水虽不多，但利用较好。地下水年平均为21.6亿立方米，年径流量平均达21.35亿立方米，主要公布在北、东、南部地区、水能理论蕴藏量32.5万千瓦，其中可开发利用的14.26万千瓦。目前具备人工养殖的水面18万亩。娄底属中亚热带大陆性季风湿润气候区。热量丰富，温度适宜，四季分明：冬季少严寒，夏季多酷热，秋季晴朗温暖，春末夏初多雨成涝，盛夏初秋少雨多旱。全年平均气温16-17.3℃。年平均日照时间1538小时，东部多于西部。无霜期268天。由于雨水偏多，土壤湿重，多为红壤，其次还有黄壤、黄褐土等。土地资源优势在于海拔低，土质好，丘岗河谷平地分布比较集中，有利于发展农业和城镇建设山地面积大，宜于林业发展。从娄底市往西南行83公里，便到了冷水江市。市郊同兴乡有一巨型溶洞波月洞，洞内有27个厅，全长5.4公里，游览面积4万平方米。洞内各色钏乳千姿百态，令游人叹为观止，电视剧《西游记》曾在这里拍摄外景。仅次于娄底市郊的水府庙景区，有45平方公里的水面，水面上有34个小岛，游人可泛舟其中，或进行其它诸如龙舟竟渡、摩托艇等水上体育活动，湖畔的陶龛学校和天籁岩也可供游人参观。娄底矿产资源丰富，素有世界锑都、百里煤海和有色金属之乡美誉。已探明可供开采的矿藏达48种，且储量大，品位高。其中锑矿储量居世界之冠，煤炭储量居全省第二，石膏、石墨、重晶石、大理石等非金属矿藏在湖南及至全国名列前茅。娄底拥有独特的区位优势。这里地处我国东中部通往大西南的必经之道，北进川黔，南下粤桂，东连湖南“一线两点”经济重点建设地带，西接湖南西线开发的丘岗山地试验区，是湖南省南北通达、东西连贯的要衢。在湘中形成了人流、物流集散中心。湘黔，娄邵铁路干线和即将动工的洛湛铁路交汇于娄底市，使娄底成为中国南方重要的铁路枢纽之一。公路纵横交错，四通八达，上海至云南瑞丽高速公路经过娄底。207、320国道以及涟(源)溆(浦)、宁(乡)邵(阳)、娄(底)衡(阳)、娄(底)湘(乡)4条省道贯通全区，通车里程达5000多公里。资水、涟水两大水系贯穿全区，常年通航里程达200多公里。长沙黄花国际机场距娄底仅200余公里。娄底拥有的水、陆、空立体交通网，形成了立湘中而通八方、居腹地而达全国、处一隅而至世界的交通优势。
