Гагаузия расположена в южной части республики Молдова на территории Буджакской степи, которая является частью южно-молдавской равнины. Территория степи характеризуется широкими долинами, склонами и многочисленными оврагами. Рельеф региона характеризуется степями и небольшими возвышенностями, а так же множеством рек, протекающих в южном направлении: Ялпуг, Ялпужел, Лунга и Лунгуца, пересыхающих в летний сезон. Как и Молдова, Гагаузия находится в Карпатской сейсмической зоне.
Площадь сельскохозяйственных земель составляет около 150 000 гектар. В основном, встречается чернозем, что благоприятно воздействует на аграрный сектор Гагаузии.
Климат региона мягкий и теплый, температура около 10℃ и более сохраняется на протяжении 179-187 календарных дней. Теплых солнечных дней значительно больше, чем в других регионах Молдовы. Средний уровень выпадения осадков в регионе составляет 350-370 мм воды в год.
Территория автономии очень часто подвергается воздействием ветров, геотермальный коэффициент 0,7-0,8.
Водные ресурсы Гагаузии представлены подземными источниками, объем которых 8-10 миллионов м³. Также на территории имеются два больших водохранилища: Комратское, площадь которого 1,7 км² и Конгазское, площадью 4,9 км².
На территории Гагаузии представлено небольшое количество полезных ископаемых. В основном это песок, глина, а также залежи бурого угля с примесью, добыча которого нерентабельна.