อำเภอลี้มีพื้นที่กว้างขวางเกือบครึ่งหนึ่งของจังหวัดลำพูน มีเนื้อที่ทั้งหมด 1,702.12 ตารางกิโลเมตร สภาพพื้นที่โดยทั่วไปเป็นที่สูง ส่วนมากเป็นภูเขาต้นน้ำลำธารหรือลำห้วย แม่น้ำหรือลำห้วยเกือบทุกสายไหลมารวมกันเป็นแม่น้ำลี้ แล้วไหลลงสู่แม่น้ำปิงที่บ้านวังสะแกง เขตอำเภอเวียงหนองล่อง แม่น้ำลี้เป็นแม่น้ำสายสำคัญที่ไหลผ่านจากทางทิศใต้ขึ้นไปทางทิศเหนือโดยผ่าน 4 อำเภอของจังหวัดลำพูน ได้แก่ อำเภอลี้ อำเภอทุ่งหัวช้าง อำเภอบ้านโฮ่ง และอำเภอเวียงหนองล่อง แม่น้ำลี้จึงเปรียบเสมือนเส้นโลหิตสายใหญ่ที่หล่อเลี้ยงชีวิตทั้ง 4 อำเภอ

สำหรับสภาพอากาศโดยทั่วไปมี 3 ฤดู ได้แก่ ฤดูร้อน ฤดูฝน และฤดูหนาว ส่วนใหญ่อากาศเย็นสบาย ในฤดูหนาวอากาศจะหนาวเย็น