江源县地处中纬度内陆山区，属北温带大陆性东亚季风气候。冬季长，寒冷，多偏北风；春季时间短剧烈，昼夜温差大，多西南风；夏季湿热多雨，秋季凉爽，多晴朗天气。由于受寒潮的影响，初霜来的早，无霜期120天左右。年最高气温37℃，年最低气温—38℃，年平均气温4℃左右。年平均降水量850毫米左右。
江源县地处长白山西部，老岭山脉纵贯全境，境内峰峦起伏，沟壑纵横。老岭以东为松花江水系，老岭以西为鸭绿江水系。主要山峰有：金龙顶子海拔1121.5米；磬儿岭海拔941米；老秃子海拔1426.5米；枫叶岭海拔1190米梁子山海拔1492米。
境内有大小河流50余条。主要河流有：浑江、西南贫河、西北岔河、正岔河、大阳岔河、汤河、大石棚子河、榆木桥子河、石人河等。