Район розташований у Західноукраїнській лісостеповій фізико-географічній зоні.
Клімат помірно-континентальний. Повітряні маси надходять в основному з Атлантичного океану і материка Євразія. Понад 200 днів триває безморозний період. Пересічна температура січня - -5,6?С, липня - +18,3?С. Опадів 600мм на рік. Висота снігового покрову 8-10см. Опади в теплий сезон випадають у вигляді дощу, граду, а в холодний сезон – снігу, крупи. В районі влітку і навесні переважають північно-західні і західні вітри, а восени і взимку – південно-східні. Сильні вітри дмуть найчастіше взимку і навесні. Клімат району дозволяє вирощувати озимі та ярі зернові культури, цукровий буряк, картоплю, гречку, горох, овочі і кормові культури.
Вода на поверхні суходолу району міститься в ріках, озерах, ставках. Ріки нашого району течуть по рівнинній території й тому мають повільну течію, невисикі береги. Вони найбільш повноводні навесні, коли тане сніг, і влітку, коли випадає багато дощу. Найбільша річка району – Збруч (друга за довжиною притока Дністра на Тернопільщині) з притоками р.Гнилою та р.Самцем. Споруджено 23 ставки (із загальною площею водного дзеркала 192га).
Річка Збруч починається на хуторі Зелена Криниця нині Лановецького району, за чотири кілометри на північний захід від села Щаснівка Підволочиського району. Вона спочатку тече у широкій заболоченій долині, але вже від Підволочиська долина глибшає і вужчає, а від села Тарноруда стає глибокою і звивистою, зі стрімкими мальовничими схилами. Вода річки відзначається порівняно значною мінералізацією, сіруватого кольору.
З ґрунтів переважають чорноземи типові мало гумусні (79,3 % площі району), чорноземи опідзолені і темно-сірі опідзолені (14,8 %), решта - лучні, болотні та ясно-сірі ґрунти.
3,8 тис.га площі району займають ліси, 11,2га - лісосмуги
У лісах ростуть - дуб, граб, ясен, сосна, ялина, береза, осика, липа. З кущів поширені ліщина, калина, шипшина, глід, терен, горобина, вовчі ягоди.
Більшість території району зайнята степовими ділянками. Вони майже всі розорані, на них вирощують сільськогосподарські культури. Природна степлва рослинність збереглась тільки у долинах рік, на схилах горбів і балок. Представниками цієї рослинності у районі є – тонконіг, стоколос, пирій, костриця, чебрець, бородач. На болотах ростуть рогіз, осока, очерет, півники, мохи і лишайники, а у водоймах – ряска, латаття, водорості, лілія водяна.
Різноманітний і тваринний світ краю. Тут живуть лісові та степові тварини. У лісах водяться дикі кабани, ласки, білки, лисиці, зайці, вовки, косулі, їжаки, гадюки, вужі. На степових ділянках можна зустріти зайців, сірих і степових полівок, тхорів, кротів. У полях чути спів перепелів, жайворонків. На всій території району багато сойок, синиць, ластівок, щиглів, солов`їв, зозуль, зябликів, мухоловок. Поблизу водойм живуть крижні, чаплі, лелеки. Тут же є й жаби, ропухи, тритони, ящірки, а також багато комах – комарі, коники, метелики, сонечка, бабки. У річках і ставках водяться краснопірки, піскарі, карасі, коропи, соми, плітки, лини, окуні, щуки.
Серед свійських тварин переважають: коні, корови, свині, кози, вівці, собаки, коти, кролі, кури, гуси, качки, індики.
До Червоної книги України занесені такі рослини нашого краю: барвінок малий, сон великий, зозулинець салеповий, білоцвіт весняний, зозулені черевички, конвалія травнева, латаття біле, проліска дволиста, підсніжник білий, анемона біла, любка дволиста. Із рідкісних комах – жук-олень, джміль моховий, метелики махаон і аполлон.
У Підволочиському районі - частина Медоборського заказника, Мединський заказник, 11 пам'яток природи та заповідне урочище Полупанівка.