張灣區位于湖北省十堰市中部。東與十堰市鄖陽區青山鎮，茅箭區鴛鴦鄉、五堰街道、二堰街道接壤，西與鄖陽區鮑峽鎮、葉大鄉相連，南與房縣大木廠鎮，茅箭區大川鎮交界，北與鄖陽區五峰鄉、柳陂鎮、茶店鎮相鄰。東經110°26′～110°57′，北緯32°23′～32°47′，東西最大直線距離38公里，南北最大直線距離34公里。
張灣區屬亞熱帶大陸性季風氣候，四季分明，冬夏長，春秋短；春季升溫快，冷暖變化大；夏季雨熱同季，降水不均；秋季降溫迅速，秋雨連綿；冬季少嚴寒；地形復雜，立體氣候明顯。光、熱、水條件較為適宜，年平均日照1889.3小時，平均日照率43%，總輻射106.6千卡/平方厘米。其中，生物輻射50.4千卡/平方厘米。年平均氣溫15.25℃，最熱月7月平均氣溫27.1℃，最冷月1月平均氣溫2.6℃，年溫差為24.5℃。年平均無霜期246天，年平均降雨1000.8毫米，降水主要集中在7-9月。因地勢南高北低，氣溫由北向南遞減，年平均氣溫南北相差3.5℃，無霜期相差50天左右。