Thành phố Phổ Yên có tổng diện tích tự nhiên 258,42 km2, quy mô dân số 231.363 người.
.jpg)
Một góc trung tâm TP. Phổ Yên
Khí hậu Phổ Yên mang tính chất nhiệt đới gió mùa, hàng năm chia làm 2 mùa nóng, lạnh rõ rệt. Mùa nóng từ tháng 4 đến tháng 10, mưa nhiều; mùa lạnh từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau, mưa ít; độ ẩm trung bình các tháng từ 79% đến 98,3%. Lượng mưa trung bình hàng năm khoảng từ 2.000 mm đến 2.500 mm, cao nhất vào tháng 8 và thấp nhất vào tháng 1. Nhiệt độ trung bình là 220C, tổng tích ôn 8.0000C. Số giờ nắng trong năm từ 1.300 giờ đến 1.750 giờ, lượng bức xạ khoảng 115 Kcal/cm2. Hướng gió chủ yếu là Đông Bắc (các tháng 1, 2, 3,10,11, 12) và Đông Nam (các tháng còn lại). Khí hậu Phổ Yên tương đối thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp, có thể gieo trồng nhiều vụ trong năm. Tuy nhiên, do mưa tập trung vào mùa nóng, lượng mưa lại lớn, chế độ thuỷ văn lại không đều, nên thường gây ngập úng.
Phổ Yên có 2 con sông chính chảy qua: Sông Cầu nằm trong hệ thống sông Thái Bình, lưu vực 3.480 km2, bắt nguồn từ huyện Chợ Đồn (tỉnh Bắc Cạn), chảy qua các huyện Bạch Thông, Chợ Mới (tỉnh Bắc Cạn), Phú Lương, Đồng Hỷ, TP. Thái Nguyên, Phú Bình về Phổ Yên. Trên địa bàn Phổ Yên, sông Cầu chảy theo hướng Bắc - Đông Nam, lưu lượng nước mùa mưa lên tới 3.500m3/giây.
Sông Công xưa còn gọi là sông Giã (Giã Giang), sông Mão, có lưu vực 951 km2, bắt nguồn từ vùng núi Ba Lá (huyện Định Hóa), chảy qua huyện Đại Từ, TP. Sông Công về Phổ Yên. Sông Công chảy qua địa bàn TP. Phổ Yên khoảng 25 km, nhập vào sông Cầu ở thôn Phù Lôi, xã Thuận Thành, TP. Phổ Yên. Năm 1975, 1976, hồ Núi Cốc được xây dựng tạo ra nguồn dự trữ nước và điều hòa dòng chảy của sông. Cảng Đa Phúc trên sông Công là cảng sông lớn nhất tỉnh Thái Nguyên.
Do phía Tây Phổ Yên có dãy núi Tam Đảo đón gió Đông Nam, nên lượng mưa ở lưu vực sông Công rất lớn. So với lũ sông Cầu, lũ sông Công lớn và đột ngột hơn, thường xẩy ra vào mùa nóng (từ tháng 5 đến tháng 10), lên nhanh, xuống nhanh và biến động lớn, biên độ lũ từ 5 mét đến 7 mét. Đặc biệt, ở các xã ven dãy núi Tam Đảo (Phúc Thuận, Thành Công, Vạn Phái) thường xảy ra những trận mưa lớn, trong phạm vi hẹp, gây lũ quét. Đoạn hạ lưu sông Công (từ phường Nam Tiến xuống thôn Phù Lôi, phường Thuận Thành) có 15 km đê ở 2 bên sông.
Vùng phía Nam, TP. Phổ Yên (gồm các phường: Thuận Thành, Trung Thành, Tân Phú, Đông Cao, Tiên Phong, Nam Tiến, Tân Hương) nằm kẹp giữa vùng đê sông Công và sông Cầu nên khi mưa lớn, hoặc khi nước sông Cầu dâng cao, thường bị úng.
Ao hồ: Ao phần lớn là nhỏ, độ sâu từ 1 mét đến 2 mét, nằm rải rác ở các xóm, xã, phường trong thành phố, tập trung nhiều ở những xóm, xã, phường có mật độ dân số lớn.
Hồ Nước hai: Được xây dựng từ năm 2010, là hồ nhân tạo lớn nhất TP. Phổ Yên, đảm bảo nước tưới phục vụ sản xuất cho các xã, phường Phúc Thuận, Minh Đức, Bắc Sơn; bên cạnh đó hồ Nước Hai còn có tiềm năng lớn cho phát triển du lịch, kết nối với các điểm du lịch như: Hồ Đại Lải, hồ Suối Lạnh, hồ Núi cốc và khu du lịch Tam Đảo.
Hồ Suối Lạnh: nằm trên địa bàn xã Thành Công, đảm bảo nước tưới tiêu phục vụ sản xuất cho các xã Thành Công, Vạn Phái; bên cạnh đó hồ Suối Lạnh còn có tiềm năng lớn cho đầu tư phát triển du lịch.
Đặc điểm nổi bật của TP.Phổ Yên là có đường Quốc lộ 3, đường cao tốc Hà nội - Thái Nguyên và đường sắt Hà Nội - Thái Nguyên chạy dọc từ nam lên Bắc, mang lại cho huyện nhiều thuận lợi về kinh tế - xã hội.