湘乡居湘中偏东，位于东经111°59′40″~112°38′55″和北纬27°29′2″~28°3′45″之间。东西最长平距65.4公里，南北64.8公里。东临韶山市和湘潭县，南接双峰县，西与娄底市毗邻，北界宁乡县。1996~1998年，根据国务院《行政区域争议处理条例》规定，湘乡分别与娄底、双峰、韶山、宁乡、湘潭县(市)勘定边界为547.33公里。全市总面积2003.64平方公里。占全省总面积的0.95%。境地属华南湘赣丘陵区，处于湘中丘冈向湘江河谷的过渡带，为雪峰山东北余脉和越城岭北端余脉所夹峙。西、南部较高峻，东、北部较平缓。最高点为褒忠山的三尖峰，海拔807米;最低处于涟水出境处东郊乡文佳滩附近，海拔41米。地势比降从西向东为19‰。境地属中亚热带季风湿润气候区域，夏秋多旱，严寒期短，无霜期长，冬冷夏热，四季分明，光热充足，雨水充沛，土地肥沃，作物生长期长。1986~2005年，年平均(以下同)气温17.1℃，日较差7.3℃，无霜期283天，日照时数1558.7小时，降雨量1326.8毫米，蒸发量1284.1~1340.0毫米，风速24米/秒。气候条件适合动植物生长。

境内资源丰富。全市农用地157187万公顷，占全市总面积7845%。其中水田44505.2公顷，旱地8563.47公顷，园地5654.47公顷，林地74469.13公顷，牧草地87.45公顷，水域23907公顷。建设用地18481.83公顷，占总面积9.22%。未利用土地24693.8公顷，占总面积12.3%。人均土地资源0.22公顷，人均耕地0.06公顷。境内河流密布，水资源较丰富。涟水横贯市境，直接汇入支流16条，由西向东，蜿蜒97公里，纳入湘乡集雨面积1784平方公里，占全市总面积的89%。涟水最大年径流量为61.43亿立方米，最少年径流量为16.80亿立方米。另有乌江经市境21公里、靳水经市境4.5公里流入宁乡县。水资源总量为15.2466亿立方米。植物种类繁多，分属300多科(目)，600多属，1000多种。重点保护的野生植物有水杉、樟等20多种。有利用价值和已被利用的野生植物有600多种。1998年，进行野生动物资源普查，全市有陆生野生动物15目，78科，110种，属省二级保护的有穿山甲、水獭、果子狸等9种;属省三级保护的有白鹭、灰燕、喜鹊、猫头鹰等37种，另引进繁殖动物有梅花鹿、牛蛙等。已发现矿藏32种，矿产地169处。旅游资源密集，已开放的人文景观和自然景观区有大东山旅游区、水府旅游区、韶山灌区旅游区等5个景区600多个景点。

湘乡交通方便，已形成以国道320线湘乡段为主干，以市城区为中心，向相邻县市和市内农村辐射的公路网。湘黔铁路贯穿市域东西，向韶、洛湛铁路在湘乡过境。