ลักษณะภูมิประเทศของอำเภอหาดใหญ่โดยทั่วไปเป็นที่ราบลุ่มกว้างใหญ่ มีแนวภูเขาทางด้านทิศตะวันตก ทิศใต้ และทิศตะวันออก โดยพื้นที่ลาดจากทิศใต้และทิศตะวันตกไปสู่ทะเลสาบสงขลา มีพื้นที่ติดกับทิวเขาบรรทัดทางทิศเหนือ และติดกับทิวเขาสันกาลาคีรีทางทิศตะวันตกและทิศใต้ ภูเขาที่สำคัญได้แก่ เขาคอหงส์ เขาแก้ว เขาวังพา และเขาน้ำน้อย

สภาพภูมิอากาศมีความคล้ายคลึงกับสภาพอากาศโดยทั่วไปของภาคใต้ที่อยู่ในเขตภูมิอากาศแบบมรสุมเขตร้อน แบ่งออกเป็น 2 ฤดูกาล คือฤดูฝนและฤดูร้อน ฤดูฝนมี 2 ระยะ เริ่มตั้งแต่เดือนพฤษภาคม-มิถุนายน และเดือนกันยายน-ธันวาคม