Поспелихинский район относится к лесостепной зоне Алтайского края.
Почвы суглинисто-черноземные, солнцевато-подзолистые, песчаные. Также район находится в двух почвенных подзонах: южных черноземов засушливой степи. По рельефу это равнины с террасированными склонами и древними ложбинами стока, на которых имеются различные понижения и озёрки. Эти почвы характеризуются удовлетворительным плодородием. И подзона обыкновенных чернозёмов умеренно засушливой и колоночной степей. Территория этой зоны испытывает переменное увлажнение и для нее характерна водная эрозия, особенно на склонах.
Климат резко-континентальный. Средняя температура января -17,8 градусов, июля +20,2 градусов. Годовой уровень атмосферных осадков - 375 мм. Гидрографическая сеть представлена многочисленными реками: Поперечной, Кизихой, Башмачихой, Землянухой, Локтевкой, Клепечихой. На территории района протекают два притока Оби – Чарыш и Алей. В районе находится много озер.
Наиболее крупные из них Гусиное, Котляровское и Сидоршино. Питьевое водоснабжение района осуществляется с помощью Чарышского группового водопровода, мощность которого составляет 50 тыс. куб.м./сут.
Флора представлена степными видами, но имеются лесные массивы. Непролазные заросли ивняка, черемухи, березовые и тополиные рощи.
Фауна выражена в основном мелкими грызунами: сусликами, полевками, водятся зайцы, лисы, встречаются барсуки, косули и даже лоси. По берегам рек и озер живут ондатры и бобры. Всего насчитывается более 50 видов животных. В реках и озерах много рыбы. Наиболее распространенными являются щука, нельма, судак, линь, карась, хариус, окунь.
