县境南临衡南,北抵双峰,东接衡山,西界邵东,南北最长55公里,东西最宽74公里,总面积2558平方公里。
衡南县地处五岭上升和洞庭湖下陷的过渡地带，即“衡阳盆地”北沿。在盆地中心部位沉积着第三系红岩层，厚约3000米。东、北、西三面一系列穹窿带均以中南部红色盆地为轴心，吴环绕排列，构造体态各异。
天光山属罗霄山余脉，海拔814米，是衡南第一高峰。天光山山脚下的大宜冲，总面积5000多亩，平在面积在1000亩以上。冲周围有大小山峰10多座，山山相连、峰峰秀丽，山谷幽深、怪石嶙峋，四处鸟语花香、泉水潺潺，被人们称为“世外桃源”。
境内有湘江及其支流耒水，蒸水等。
湘江
湘江，长江中游南岸重要支流。又称湘水。主源海洋河，源出广西临桂县海洋坪的龙门界，于全州附近，汇灌江和罗江，北流入湖南省，经17县市，在湘阴濠河口分为东西两支，至芦林潭又汇合注入洞庭湖。干流全长856千米，流域面积9.46万平方千米，沿途接纳大小支流1300多条，主要支流有潇水、舂陵水、耒水、洣水、蒸水、涟水等。多年平均入湖水量713亿立方米。湘江支流众多，部分支流水土流失较重。零陵以上为上游，流经山区，谷窄、流短、水急，雨期多暴雨，枯水期地下水补给占25%左右。零陵至衡阳为中游，沿岸丘陵起伏，红层盆地错落其间，河宽250米~1000米，常年可通航15吨~200吨驳轮。衡阳以下进入下游，河宽500米~1000米，常年可通航15吨~300吨驳轮，沿河泥沙淤积，多边滩、心滩、沙洲。
衡阳气候特点,年降水量1452毫米,年平均气温17.9℃左右,1月平均气温4.6℃,7月平均气温30.3℃,属中亚热带湿润季风气候。衡阳属亚热带季风气候，温暖湿润，冬暖夏凉。南岳衡山四季也是皆有所赏—春日烟云、盛夏苍松、金秋日出、严冬白雪，尤其属于“云锁衡山”与“衡山冬雪”最为美观。
境内矿产资源有煤、铁、铜 、钨、萤石、重晶石、盐等。铁市的铁、车江的铜、潭子山的重晶石较有重要地位。盛产油菜、烤烟、茶叶、柑桔、黄花等。其中京山乡的椪柑、宝盖乡的无核蜜橘是特产。是全省商品粮生产基地县之一。工业主要产品有布、机制纸、原煤、合成氨、轴承、交流电动机、钨砂、重晶石、水泥、莹石等。 还有矿产界牌镇碗泥，远逍63个国家。
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