Orta Karadeniz ve İç Anadolu Bölgesinin iklim özelliklerini taşıyan ilçenin yüzölçümü 37.458 hektar ve denizden yüksekliği 770 metredir. İlçe doğuda Çorum ili, batıda Çankırı İlinin Kızılırmak İlçesi, Kuzeyde İskilip ve Bayat, güneyde Sungurlu ilçeleriyle çevrili olup, il merkezine 64 km. uzaklıkta ve asfalt yolla bağlıdır.

Uğurludağ ilçesi Karadeniz’e paralel uzanan dağların İç Anadolu’ya bakan yamaçlarında, doğudan batıya uzanan bir vadi içerisine kurulmuştur. İlçenin doğu kısmı çam ağaçları ile örtülü olup, güneyi dağlık ve kayalıktır.