咸宜镇地势四周高、中间低，地形分为丘陵、峡谷、山川；主要山脉有九重岩、雪雹山、冲天蜡烛山，境内最高峰九重岩位于环流村，海拔2614.9米；最低点陈家湾位于青龙村，海拔740米。

咸宜镇属亚热带季风气候；多年平均气温13.6℃；1月平均气温2.4℃，极端最低气温为—13.2℃（1974年1月20日）；7月平均气温24.8℃，极端最高气温为38.9℃（1959年7月13日）；平均气温年较差9.6℃，最大日较差11.3℃；无霜期年平均234天，最长达274天，最短为193天；年平均日照时数1534小时，年总辐射92千卡/平方厘米；年平均降水量1450毫米，年平均降雨日数为166天，最多达196天（1974年），最少为134天（1966年）；最大雨量1755.8毫米（1963年），最少雨量829.2毫米（1966年），降雨集中在每年5—9月，9月最多。

咸宜镇境内河道属前河流域，汉昌河自九重岩入境由咸宜至明通，入前河，境内河道长16.5千米。

咸宜镇主要自然灾害有伏旱、夏旱、冬旱、低温连阴雨、倒春寒、暴雨、洪涝、大雪、冰雹、大风、虫害、泥石流、滑坡、崩塌、滚石等；洪涝灾害年均发生1次，主要发生在5—9月，严重的一次发生在2009年7月10日，造成直接经济损失近2000万元。

咸宜镇境内已探明地下矿藏有铁矿、煤矿、石灰矿等，其中铁矿地质储量3000万吨，已开发的有煤矿，位于明月二电坪、环流国二坪、李坪太平溪、咸宜朝阳坝，矿区面积30平方千米，地质储量7000万吨，可采量5000万吨，年产量1500吨。