Облыс аумағы Батыс Сібір ойпатының оңтүстік бөлігінде орналасқан, негізінен рельефі жазықты және кәдімгі қара топырақты өңір, ылғалдану және жылумен қамтамасыз етілу жағдайлары бойынша облыста екі аймақ ажыратылған: орманды дала солтүстік және оңтүстік орманды дала және орташа құрғақшылықты далалы аймақ. Облыс климаты континенталды, қысы суық, қар қабаты орта есеппен 5 айға дейін жатады, күшті желді, жазы ыстық. Орташа жылдық жауын-шашын 317 ден (Петропавл маңы) 340 мм-ге дейін (Булаев маңы) және барынша көп мөлшері салыстырмалы түрде біркелкі түсе отырып жазғы кезеңге сәйкес келеді. Алайда облыстың оңтүстік аудандарында 300 мм-ден кем ылғал түседі де құрғақшылыққа ұрындырады. Тұрақты қар қабаты қараша айының бірінші жартысында қалыптасады және орташа қалыңдығы 20-30 см-ден аспайды, ауа бозқырауы 15-25 мамырда аяқталады, алайда маусым айында да қайталануы ықтимал. Аязсыз кезең ұзақтығы – 110-130 тәулік.
