Dəniz səviyyəsindən yüksəkliyi 410 metr, maksimum yüksəklik 1365 metrdir. İqlimi əsasən mülayim isti, quraq subtropikdir. Dağətəyi yerləyrdə yüksəklik artdıqca iqlim mülayimləşir. Ən çox yağıntı dağətəyi sahələrə düşür. İllik yağıntı 300-550 mm-dir.
Rayonun ərazisindən Qarqar və Xaçın çayları axır.
Ağdam rayonun ərazisi Kiçik Qafqaz dağları ilə Kür-Araz ovalığının təmas zonasında yerləşir. Rayonun sahəsi 1094 kvadratklometr, əhalisi 165 min nəfərdir (1998-ci il). Coğrafi mövqeyi yaşayış vətəsərrüfat üçün çox əlverişli şərait yaradır. Rayon əsasən, Qarabağ düzünün dağətəyi hissəsində yerləşir. Burada düzənlik 40 kvadratkilometr (Ağdam şəhərinin yuxarısında), 20 kv.kl.m. (Güllücə- Qızıl Kəngərli sahəsində), 13 kv.kl.m. (Ağdam şəhərindən aşağıda) və 10 kv.kl.m. (Qaradağlı -Çəmənli kəndləri sahəsində) meylliliyə malik olub, 450-500 m mütləq yüksəkliyə qədər qalxır. Dağlarla düzənlik arasında relyefdə yaxşı təzahür edən dərin tektonik yarıq keçir.
Bu relyef kəskin keçid əlamətləri yaradır. Şimal-Şərq istiqamətində qarabağ düzənliyinin yüksəkliyi tədricən azalır və Ağdam rayonunun Tərtər, Bərdə, Ağcəbədi rayonları ilə sərhəddində 120-130 m qədər alçalır. Meyilliyin az olması ilə əlaqədar düzənliyin cəthi çox zəif parçalanmışdır. Erroziya kəsimi yalnız Qarqar, Xaçın, çayları və onların tərk edilmiş qollarının yataqlarında artır və6-7 metrə, 10-15 metrə çatır. Relyefin bu xüsusiyyəti bütün ərazini əkinçilik üçün yararlı olmasını təmin edir, suvarma işlərini və kənd təsərrüfatı maşınlarının istifadəsini asanlaşdırır, torpaqları erroziya proseslərindən qoruyur, onların münbütlüyün və məhsuldarlığın artırır.
Səthin və torpaqların yuyulması başlıca olaraq suvarma ilə əlaqədar olub, çox cüzidir. Rayon ərazisi Qarqar, Xaçın, Qabartı, Paprəvənd (Gülyataq), Gülablı çaylarının dərəsi boyunca 15-16 km. Qarabağ silsiləsinin Şimal-Şərq ətəklərinə qədər uzanır.Bu yerlərdə mütləq yüksəklik 600-700 metrə çatır. Maksimum hündürlük 1365 (Kolanı) metrdir. Rayonun bu hissəsi, xüsusiilə, Xaçın çayının aşağılarında, Dərbənd çökəkliyində çox genişlənir. Dağların Ağdam rayonu ərazisinə düşən hissəsində bir sıra silsilə, tirə və təpələr yerləşmişdir.
Bunlardan ən əsası Ağdərə ilə Tərnöyüt kəndləri arasında meridiana yaxın istiqamətdə 20 km. Məsafədə uzanan Şahbulaq cilsiləsidir. Silsilə təbaşir dövrünün əhəng daşlarından təşkil olunmuş və kəskin simmetrik quruluşa malikdir.Onun Cənub-Qərb yamacları dik və sıldırım, bəzi yerlərdə keçilməzdir. Şimal-Şərq yamacları uzun və nisbətən mailidir.Silsilənin su ayrıcı vaxtı ilə depudasiya prosesləri ilə hamarlanmış və sonradan tektonik hərəkətlərlə müasir yüksəkliyinə qaldırılmışdır. Səthi genişdir, qədim torpaq təbəqələri saxlayan qalın (15-20 m-rə qədər) karbonatla gillicə çöküntülərlə örtülmüşdür.
Relyefin belə olması burda zəngin biçənək və otların yayılmasına səbəb olmuşdur. Silsilənin ən yüksək yeri (820 m.) onun Şimal hissəsinə müvafik gəlir və Cənub-Şərq istiqamətində 500m. Qədər alçalır. Silsiləni Xaçın, Qabartı, Gülyataq çaylarının dərələri kəsib keçir.Dərələrin dərinliyi çayların axım əmsalına müvafiq olaraq 100-180 m. Arasında dəyişir və maksimum dərinliyə(180 m.) Xaçın çayında çatır.Şahbulaq silsiləsi Cənub-Şərqdə Ağdam şəhəri yaxınlığıda kəskin görünür və Çullu, Qiyaslı, Xıdırlı, kəndləri yaxınlığında nisbi yüksəkliyi 10-15 metrə çatan qayalı təpələr yaradır. Silsiləni təşkil edən əhəng daşları çox keyfiyətlidir, tikinti materialı və sement istehsalında xammal kimi istifadəedilir.
Ağdam-Ağdərə şose yolu silsilənin Şimal-Şərq dabanı boyunca uzanır. Yolun ustündə karxanalar yerləşir.Şahbulaq silsiləsinin uçub dağılmış hissəsindən Cənub-Qərbədə inturiziv(maqmatik) kütlənin yaratdığı yüksəklik 913 metrdir, yamacları çox meyilli və kəskin parçalanmışdır.Dağın faydalı qazıntı(mis, polumetal)saxlaması ehtimal olunur. O, Ağdərə rayonunda yerləşən və mis, polmetal yataqları olan Mehmanə, Qazançı dağları ilə eyni zonada yerləşmişdir. Yeddixirman dağı ilə Şahbulaq silsiləsinin Çobandağ zirvəsi arasında Bozdağ yerləşmişdir. Onunda əsasını inturuziv kütlə təşkil edir və xeyli hissəsində aşınma qabığı ilə örtülmüşdür.Ağdam şəhərindən bir qədər Cənub-Qərbdə Qarqar çayı dərəsində Şahbulaq dağının geoloji əsası qövsvari əyilir, gömülür və parçalanır.
Alçaq dağlılığının və dağətəyinin burda əmələ gətirdiyi qövsün qabarıq hissəsi Cənub-Qərbə, Xankəndi çökəkliyinə doğru yönəlmiş, xeyli alçalmış və Əsgəran keçidini (darvazasını) əmələ gətirmişdir. Relyefin belə quruluşu Qarabağ düzü arasında hava, rütübət və istilik mübadiləsini xeyli asanlaşdırır. Qarqar çayının sağ sahilində yerləşən Mantar (580 m.) dağı və Şelli, Qasımlı, Şıxbabalı kəndlərinin bağlarında müşahidə edilən və təbaşir əhəng daşından təşkil oıunmuşnisbi yüksəkliyi 5-15 m. Arasında dəyişən təpələr Şahbulaq silsiləsinin geoloji davamında yerləşmişdir.
Bu təpələr sırası Mərzili kəndindən Cənubda yerləşən Qızılqaya tirəsi istiqamətinə yönəlmişdir. Mərzilidən Cənub-Şərqdə Ağdam Xocavənd yolu üstündə tabaşirin mergellərindən təşkil olunmuş və mütləq yüksəkliyi 416 m.-ə çatan Pirəbulaq tirəsi uzanır.Bu tirədən Şimalda mütləq hündürlüyü 100-150 m. Arasında dəyişən Ergi maili düzü yerləşmişdir. Düzənliyin səthi müvəqqəti axarlı dərələrin prolyuvi çöküntülərilə örtülmüş və yarğan, qobu şəbəkəsi ilə zəif parçalanmışdır. Düzənlik qış otlaqları kimi istifadə olunur. Yetmişinci illərdən başlayaraq bura su çıxarılması ilə əlaqədar əkinçilik, xüsusilə, yem bitkiçiliyi inkişaf etdirilir. Cənub istiqamətində yatağını dəyişən Qarqar çayı vastəsilə yuyulmağa məruz qalmışdır. Yuyulma nəticəsində çay yatağının sağ yaxasında 3-5 m. hündürlükdə ərazi kəsimi yaranmışdır.
Ağdam rayonu ərazisində Qarqar, Xaçın, Qabartı, Gülyataq çayları düzənliyə çıxan yerdə gətirdikləri çığıldaşlı-gillicəli-alluviy və prolyuviy çöküntülərini çökdürərək öz gətirmə konuslarını yaradır. Qarqar çayı zirvəsi Ağdam şəhəri yaxınlığında yerləşən və sahəsi 50kv. m. çatan gətirmə konusunu yaradır. Gətirmə konusu Qaradağlı, Mahrızlı və Zəngişalı kəndləri yaxınlığında 240-260 m. mütləq yüksəklikdə relyefdə yaxşı müşahidə edilən pillə ilə qurtarır. Zəngin yeraltı su ehtiyatı olan gətirmə konusundakı kəhriz lər bu pillədə səthə çıxardılır.
Bu pillədə Şimal-Şərqdə marfaloji cəhətdən relyefdə zəif təşəkkül tapan ikinci gətirmə konusu yerləşir və Quzanlı, Kələbədi kəndləri yaxınlığında Qarabağ kanalına çatar-çatmaz alçaq pillə ilə qurtarır. Birinci gətirmə konusu formalaşarkən Qarqar çayı bir neçə qol axmışdı. Onların izləri Ağdam və Ağcəbədi rayon ərazisində indidə müşahidə edilir (Narrı dərə, Qobu, Sarcalı, Hüsülü, Kəhrizli). Dağətəyi, düzənlik və gətirmə konusu qalxdıqca Qarqar çayının axını indiki yatağında cəmləşmişdir.
Çayın yatağının bu istiqamətdə yerini dəyişməsi Qarqar çay dərininə tektonikyarığı ilə mürəkkəbləşən Hindarx basdırılmış köndələn sinkilinalının əyilməsi ilə əlaqədar olmuşdur. Gətirmə konusu səthində Qarqar çayı və onun qollarının dərinliyi 10-15 m. və 6-7 m. arasında dəyişən erroziya kəsimləri əmələ gətirmişdir. İkinci gətirmə konusu ərazisində onların dərinliyi 1-3 m.-ə qədər azalır. Xaçın çayı da Ağdam rayonu ərazisində gətirmə konusları yaradır. Birinci konusun zirvəsi Qızıl Kəngərli ətəkləri ilə Baş Qərvənd kəndləri yaxınlığında yerləşmişdir. Sahəsi 30 kv.m. qədərdir.
Xaçın çayının müasir yatağı gətirmə konusu ərazisində 10-15 m. aşağılarda isə 5-6 m. və 2-3 m. dərinlikdəerrozion kəsimlər əmələ gətirmişdir. İkinci gətirmə konusu ərazisində onların dərinliyi 1-3 m. qədər azalır. Çay özünün qədim gətirmə konusunu formalaşdırdıqdan sonra Mirəşelli, Xındırıstan və Çəmənli kəndləri istiqamətində Cənub-Şərqə axmış, özünün və qarqar çayının gətirmə konuslarını yuyaraq errozion pillə yaratmışdır. Daha sonra Xaçın çayı Baş Qərvənd gömülmüş antiklinalının qalxmasının fəallaşması ilə əlaqədar olaraq Şimal-Qərb istiqamətində meyl edərək özünə yeni yataq yaratmışdır. Baş Qərvənd kəndi ilə Sultanbud kurqanı arasındaçayın yatağı çox genişlənir və burda gərgin akkumulyasiya gedir.
Yataq çaqıldaşların, qumun, gillicənin yığılması nəticəsində çox dayazlaşır və daşqın zamanı Hüseyinli, Soğanverdilər kəndləri yaxınlığında daşqın sularının bir hissəsi yataqdan çıxaraq Şimal istiqamətində axır və özünə yataq əmələ gətirir. Sultanbuddan aşağıda çay 3-5 m.-ə qədər dərininə kəsilir və cavan alçaq tepras pilləri yaradır. Xaçın çayının ən qədim gətirmə konusu Şimal-Qərbdə Qabartı, Paprəvənd və başqa çayların gətirmə konusları ilə birləşərək Şahbulaq silsiləsinin Şimal-Şərq ətəklərində vahid dalğavari prolyuvial düzənlik törədir.
Bu çayların gətirmə konusları 240 m. mütləq hündürlüyündə qurtarır və burda Nəmirli, Seysulan, Qaynax, Azadqaraqoyunlu, Qapanlı kəndləri yaxınlığında düzənlik təşkil edən, Xaçın və Tərtər çaylarının gətirmə konusları arasında yerləşən çox az meyilli, bəzi yerlərdə bataqlaşmış, səthi parçalanmamış konusarası çökəklik təşkil edir. Bu sahədə Qabartı, Gülyataq çaylarının yataqları yoxdur(axımın çox müvəqqəti olması ilə əlaqədar). Ona görədə çayların hövzələrində uzun müddətli leysan yağışları olarkən böyük daşqınlar olur və bütün düzənlikləri basaraq böyük təlafat verir. Belə daşqınlar 1963-cü ildə müşahidə edilmiş və düzənlikdə bütün torpaqları, tarlaları yuyub aparmışdır. Ağdam rayonunun ərazisi quru subtropik iqlim zonasında yerləşmişdir.
Burada əsasən, qışda quru keçən mülayim-isti iqlim tipi hakimdir. Buiqlim tipi mülayim nəmliyi, qışının yağıntılı və yumşaq, yayınin isə mülayim-isti keçməsi ilə səciyələnir.Günəş parıltısının illik miqdarı 2300 saat, ümumi radiasiya122.5 kkal/sm kv, radiasiya balansı isə 47.1 kkal/cm kv-dır. Havanın orta illik tempraturu 13.1 dərəcəyə çatır. Qış mülayimdir, ən soyuq ay (yanvar) tempraturu +1.8 dərəcə ilə -0.2 dərəcə, ən isti ayı (iyul) orta tempraturu isə + 23-26 dərəcəarasında dəyişir.Yay aylarında bəzən havanın orta illik mütləq minumum tempraturu -10 dərəcə olub, il ərzində +8 dərəcə ilə +15 dərəcə arasında dəyişir.
Bəzən havanın mütləq minumum tempraturu -17 dərəcədən aşağı düşür. İl ərzində torpaq səthinin orta aylıq tempraturu1-31 dərəcə arasında dəyişir. Havanın 5 dərəcədən yüksək olan tempraturunun illik miqdarı 4500-4600 dərəcə, 10 dərəcədən yüksək - 4100-4200 dərəcədir. Birinci payız şaxtası noyabr ayının üçüncü ongünlüyünə, axırıncı yaz şaxtası martın üçüncü ongünlüyünə düşür.Havanın orta illik nisbi rütubəti 69% olub, il ərzində 50-80% arasında dəyişir. İllik yağıntının miqdarı 400-500 mm.-dir. Yağıntılar çox bitkilərin vegetasiya dövrünə düşür. Lakin səth örtüyündən ildə 800-900 mm. Mümkün buxarlanma gedir.
Küləyin orta illik sürəti 1.8m/san-dən çox olmayıb, əsasən Qərb və Şərq istiqamətində əsir. Güclü küləklərin (15 m. san-dən cox) illik sayı bir gündür. Ağ yelli günlərin sayı 20-25 çatır. Qarla torpağın örtülü günlərinin illik miqdarı10-15 gündən çox olmur. İl ərzində cəmi 1-2 gün dolu düşür. Ərazi üzrə və il ərzində bu göstəricilər başqa rayonlarda olduğu kimi müvafik dəyişikliklərə uğrayır. Ağdam rayonu ərazisi hər kv. km. Sahədə 5-1 lit. san axımı olan az axımlı zonada yerləşir. Burada çay şəbəkəsinin sıxlığı 0.1-0.4 am/km. arasında dəyişir. İllik axım hər bir kv. km.-dən 2-5 lit/san; maksimum axım 25-50 lit/san; minimal axım isə 0.5-1 lit/san. bərabərdir.Rayon ərazisində çaylar tranzit xarekter daşıyır.
Öz axımlarını bütünlüklə Qarabağ silsiləsində və onun yamaclarında toplayır, Ağdam rayon ərazisində isə suvarmaya, filtirasiyaya və buxarlanmaya sərf olunur, heç bir qol qəbul etmir.Çaylar əksərən az suludur, ilin isti yarısında vegitasiya vaxtı quruyur.Rayonun nisbətən iri çayları Qarqar, Xaçın və Qabartı çaylarıdır. Qarqar çayının orta illik su sərfi 3.31m kub/san, orta illik axımı isə104.4 mln. kub metrdir. Xaçın və Qabartı çaylarında isə bu axım kəmiyyətləri müvafiq olaraq 1.4 kub met/san və 44.1 mln. kub metr, 0.2 kub met/san və 6.3 mln. kub metrdir.
Çay şəbəkəsinin sıxlığı və onların su əmsalı göstərir ki, rayonun su ehtiyyatlarına və onlardan səmərəli istifadə edilməsinə böyük ehtiyac var.
Ona görə də çayların hər birinin üzərində su anbarının tikilməsi zəruridir. Hazırda rayon ərazisində yalnız bir su anbarı var-Xaçın çayı üzərində Dərbənd su anbarı. Ağdam rayonuna Tərtər çayı üzərindəki Sərsəng su anbarından da su gətirilir. Lakin bunlar rayonun suya təlabatını tam ödəyə bilmir.
Rayon ərazisində relyef, iqlim və bitki örtüyünün xüsusiyyətlərindən asılı olaraq şabalıdı torpaqların müxtəlif növləri, dağ-meşə, qəhvəyi torpaqlar yayılmışdır. Qəhvəyi torpaqlar rayonun alçaq dağlıq və dağ ətəyi hissəsində, seyrək meşə və kolluqlar qırılmış və torpaqlar bozqırılaşmaya məruz qalmışdır. Düzənliklərin dağətəyi hissəsində tünd şabalıdı, ondan aşağıda isə şabalıdı və açıq şabalıdı torpaqlar yayılmışdır.
Rayonun Ağcəbədi və Bərdə rayonları ilə sərhəddə yaxın yerlərində boz torpaqlara rast gəlinir. Ağdam rayonu ərazisində təbii landalar demək olar ki, bütünlüklə antrapogen landalarla əvəz edilmişdir. Burda taxıl zəmiləri, pambıq tarlaları, üzümlüklər, meyvə bağları, yem bitkilərinin əkini, biçənək və örüşlər geniş sahə tutur. Təbii bitki örtüyü yovşanlı-şoranlı otlu quru çöllərdən, çəmənliklərdən, ağotlu çöllərdən, kollardan, və seyrək meşələrdən ibarət olmuşdur. Hazırda meşələr yalnız dağ ətəklərində və alçaq dağlıq yerlərdə yerləşib, 1.7 min hektar sahə tutur. Sultanbud meşəsi yaxınlığında hazırda qorunan saqqız ağacı, püstə seyrək meşələri salınmışdır.
Heyvanat aləmi əhalinin sıxlığı və insannın əmək fəaliyyəti ilə əlaqədar olaraq çox kasaddır.Burada heyvanlardan çaqqala, tülküyə, dovşana, canavara, sürünənlərə, quşlardan kəkliyə, çilə, turaca və s. rast gəlinir. Rayon ərazisində faydalı qazıntılardan əhəng daşı, gil, çakıldaş, qum, gillicə daha çoxdur.