Актюбинская область находится между Европой и Азией, границей которых являются южные отроги Урала — небольшие горы Мугоджары. Область расположена на Прикаспийской низменности на западе, плато Устюрт — на юге, Туранской низменности — на юго-востоке и Мугоджарах — по центру с севера к югу. Большая часть области — равнина (высота 100—200 м), расчлененная долинами рек; в средней части простираются горы Мугоджары (высшая точка гора Большой Бактыбай, 657 м). Западная часть Актюбинской области занята Подуральским плато, переходящим на юго-западе в Прикаспийскую низменность; на юго-востоке — массивы бугристых песков — Приаральские Каракумы и Большие и Малые Барсуки. На северо-востоке в Актюбинской области заходит Тургайское плато, изрезанное оврагами. Климат — резко континентальный, засушливый с жарким и сухим летом и холодной зимой. Летом часты суховеи и пыльные бури, зимой — метели. Средняя температура июля на северо-западе 22,5 °C, на юго-востоке 25 °C, января соответственно −16 °C и −15,5 °C. Количество осадков на северо-западе около 300, в центре и на юге — 125—200 мм в год. Вегетационный период от 175 дней на северо-западе до 190 дней на юго-востоке. Все реки Актюбинской области принадлежат к бессточным бассейнам Каспийского моря и небольших озер. Крупнейшие реки —Эмба, притоки Урала — Орь, Илек, а также Иргиз, Уил, Тургай и Сагиз. Многие реки маловодны, летом пересыхают или распадаются на плесы. Много озер (более 150), главным образом мелких и средних соленых (например Айке); некоторые из них, пересыхая, образуют солончаки (например, Шалкартениз, заполняющееся водой только весной). Маловодные реки и соленые озера почти не пригодны для хозяйственных целей. В связи с этим широко используются пресные подземные воды. Северо-западная часть области занята ковыльно-разнотравной и полынно-злаковой степью на черноземных и темно-каштановых почвах с пятнами солонцов; по долинам рек — луговая растительность, рощи из тополя, осины, березы, заросли кустарников. Средняя и северо-восточная части заняты злаково-полынной сухой степью на светло-каштановых и сероземных слабосолонцеватых почвах. На юге расположены полынно-солянковые полупустыни и пустыни на бурых солонцеватых почвах с массивами песков и солончаков. Много грызунов (степные пеструшки, суслики, тушканчики), хищных (волк, корсак); сохранились антилопы сайга и джейран.
