มณฑลหูหนานตั้งอยู่บนลองจิจูด 108 องศา 47 ลิปดาถึง 114 องศา 45 ลิปดา ตะวันออก และละติจูด 24 องศา 39 ลิปดาถึง 30 องศา 28 ลิปดาเหนือ ทางตอนใต้ของทะเลสาบต้งถิง (洞庭湖) ทะเลสาบใหญ่ทางตอนกลางของแม่น้ำแยงซี มีเนื้อที่ 211,800 ตาราง ก.ม.

มณฑลหูหนานมีพื้นที่ติดต่อดังนี้

• ทิศเหนือ ติดต่อกับ มณฑลหูเป่ย์ ประเทศจีน
• ทิศใต้ ติดต่อกับ เขตปกครองตนเองกวางซีจ้วง และมณฑลกวางตุ้ง ประเทศจีน
• ทิศตะวันออก ติดต่อกับ มณฑลเจียงซี ประเทศจีน
• ทิศตะวันตก ติดต่อกับ มณฑลเสฉวน และมณฑลกุ้ยโจว ประเทศจีน

มณฑลหูหนานมีเทือกเขาโอบล้อมถึง 3 ด้าน ด้านตะวันออกมีเทือกเขามู่ฟู่และเทือกเขาหลัวเซียว ด้านใต้มีแนวเขาอู๋หลิ่งซัน ด้านตะวันตกมีเทือกเขาอู่หลิงและเทือกเขาเสี่ยว์เฟิง ยอดเขาทางตะวันตกของมณฑลส่วนใหญ่มีความสูงเหนือระดับน้ำทะเลมากกว่า 1,000 เมตร

มณฑลหูหนานมีสภาพอากาศแบบมรสุมเขตร้อนภาคพื้นทวีปเอเซียกลาง ได้รับอิทธิพลของลมตะวันออก อุณหภูมิเฉลี่ย/ปี 16-18 องศาเซลเซียส ปริมาณน้ำฝนเฉลี่ย 1200 - 1700 มิลลิเมตร/ปี สภาพอากาศมี 3 ลักษณะเด่น คือ สภาพอากาศแบบสมดุล มีแสงแดด และแหล่งน้ำเพียงพอ อากาศอบอุ่น