Karadeniz dağları, ilçenin deniz etkilerinden yararlanmasını engeller. İlçe 950 metrelik rakımı ile Türkiye ortalama yüksekliği seviyesindedir. Coğrafi konumu bakımından Karadeniz ve İç Anadolu Bölgesinin pek çok özelliklerini yansıtır. Kısaca, bu iki bölgenin farklı özelliklerini birleştiren bir ara kesit gibidir. İlçenin etrafı Kızıldağ, Kösedağı ve Karadeniz dağlarıyla çevrilidir.

İlçe merkezinin bulunduğu noktadan doğuya doğru uzanan Suşehri Ovası, yükseklerden taşınan alüvyonlarla kaplıdır. Bu nedenle ova, tarıma oldukça elverişlidir. İlçe sınırları içerisinden geçen Kelkit çayı üzerine inşa edilen Kılıçkaya ve Çamlıgöze baraj gölleri oluşmuştur.

Suşehri, Gemin ve Polat derelerinin sularıyla beslenen Kelkit çayı vadinin en önemli akarsuyudur. İlçenin iklimi Karadeniz Bölgesinin ılıman, İç Anadolu Bölgesinin karasal iklimi arasında geçiş çizgisindedir. Bu nedenle yazları kurak, kışları İç Anadolu'ya göre ılık geçmektedir. Kışın yağışlar genellikle kar şeklindedir. En bol yağmur ilkbaharda yağmakta, sonbahar ise kısa geçmektedir. Yapılan rasatlarda, İlçede yıllık ortalama sıcaklığın 9.60, en sıcak ay ortalamasının360, en soğuk ay ortalamasının -9.20, en soğuk gün sayısının 91 gün olduğu ve en soğuk günün -200 ye kadar indiği, yıllık yağış ortalamasının m2 ye 245.2 mlt. olduğu tespit edilmiştir.

İlçeyi etkileyen iklimin çok değişik etkenlere açık oluşu bitki örtüsünü de oldukça çeşitlendirmiştir. İlçenin Karadeniz'e doğru sokulan kuzey bölümünde yer alan Tatar ve Güneyinde bulunan Karacaören bölgeleri ormanlarla kaplıdır. Ormanlık sahaların dışındaki bölgeler, kısmen çalılık ve fundalık, kısmen de çayır ve meralarla kaplıdır.

Doğusunda Akıncılar, güneyinde İmranlı, güneybatısında Zara, batısında Koyulhisar, kuzeyinde ise Giresun'un Şebinkarahisar ilçeleri ile sınırı bulunmaktadır. 985 km²'lik bir alana yayılan ilçe, deniz seviyesinden ortalama 950 metre yüksekliktedir ve bu rakımı ile Türkiye ortalama yüksekliğine yakın bir seviyededir.

Köse Dağları silsilesinin en yüksek Dağı olan Kösedağ 3050 mt yüksekliği ile Suşehri'nin ve Sivas'ın en yüksek dağı özelliğini taşır.

Suşehri İç Anadolu Bölgesi'nde yer alan Sivas'a idarî olarak bağlı olsa da, coğrafi konumu bakımından Karadeniz Bölgesi'nin iç kısmında yer alır.

Coğrafi özellikleri ve iklimsel olarak bir sınır bölgesinde yer aldığı için, burada hem İç Anadolu'nun karasal hem de Karadeniz iklimi'nin ılıman etkisi görülür.

Ayrıca, Kuzey Anadolu Dağları, ilçenin deniz etkisinden yararlanmasını engeller. Bu nedenle yazları kurak, kışları İç Anadolu Bölgesine göre daha ılıman geçmektedir.