Karadeniz dağları, ilçenin deniz etkilerinden yararlanmasını engeller. İlçe 950 metrelik rakımı ile Türkiye ortalama yüksekliği seviyesindedir. Coğrafi konumu bakımından Karadeniz ve İç Anadolu Bölgesinin pek çok özelliklerini yansıtır. Kısaca, bu iki bölgenin farklı özelliklerini birleştiren bir ara kesit gibidir. İlçenin etrafı Kızıldağ, Kösedağı ve Karadeniz dağlarıyla çevrilidir.

İlçe merkezinin bulunduğu noktadan doğuya doğru uzanan Suşehri Ovası, yükseklerden taşınan alüvyonlarla kaplıdır. Bu nedenle ova, tarıma oldukça elverişlidir. İlçe sınırları içerisinden geçen Kelkit çayı üzerine inşa edilen Kılıçkaya ve Çamlıgöze baraj gölleri oluşmuştur.

Suşehri, Gemin ve Polat derelerinin sularıyla beslenen Kelkit çayı vadinin en önemli akarsuyudur. İlçenin iklimi Karadeniz Bölgesinin ılıman, İç Anadolu Bölgesinin karasal iklimi arasında geçiş çizgisindedir. Bu nedenle yazları kurak, kışları İç Anadolu'ya göre ılık geçmektedir. Kışın yağışlar genellikle kar şeklindedir. En bol yağmur ilkbaharda yağmakta, sonbahar ise kısa geçmektedir. Yapılan rasatlarda, İlçede yıllık ortalama sıcaklığın 9.60, en sıcak ay ortalamasının360, en soğuk ay ortalamasının -9.20, en soğuk gün sayısının 91 gün olduğu ve en soğuk günün -200 ye kadar indiği, yıllık yağış ortalamasının m2 ye 245.2 mlt. olduğu tespit edilmiştir.

İlçeyi etkileyen iklimin çok değişik etkenlere açık oluşu bitki örtüsünü de oldukça çeşitlendirmiştir. İlçenin Karadeniz'e doğru sokulan kuzey bölümünde yer alan Tatar ve Güneyinde bulunan Karacaören bölgeleri ormanlarla kaplıdır. Ormanlık sahaların dışındaki bölgeler, kısmen çalılık ve fundalık, kısmen de çayır ve meralarla kaplıdır.