水库库区周围为低山丘陵地形,大坝两肩为云母岩、大理岩。库区上游系桐柏山系西南麓之余脉，库区下游为岗坡状平原，地面坡度10°以下
在地貌成因上，属风化剥蚀及水力侵蚀堆积共同作用的结果。库区地层主要分布有第四系中更新统冲洪积冲积粘土、壤土和太古应山群云母片岩和大理岩。
水库枢纽及其灌区属亚热带季风气候区，具有四季分明、光照充足、气候温和、无霜期较长、严冬酷暑短、雨热同季和气候多宜等特点。据气象部门统计资料，年平均气温14.9℃，极端最高气温40.8℃，最低气温-15.1℃，无霜期229天，日照时数2100小时左右，年平均太阳辐射为108—114千卡/平方厘米。