Das Unterallgäu liegt im Herzen von „Bayerisch-Schwaben“ und ist – wie der Name schon sagt – Teil des Allgäus. Der Landkreis hat mit der Iller im Westen und der Wertach im Osten zwei natürliche Grenzen, die nur geringfügig von den Gebietsrändern abweichen. Die Gegend öffnet sich von Norden nach Süden aus breiten Ebenen zu einem abwechslungsreichen Hügelland. Im südlichen Teil gehört das Kreisgebiet landschaftlich zum voralpinen Grünlandgebiet. 

Die höchstgelegene Gemeinde im Landkreis ist Böhen, genauer gesagt der Weiler Unterwarlins, mit 845 Höhenmetern. 300 Meter Höhenunterschied liegen zwischen Unterwarlins und den tiefstgelegenen Gemeinden im Landkreis, Tafertshofen und Tiefenried, mit 520 Höhenmetern.

Diese Höhenunterschiede wirken sich wiederum auf das Klima aus: Es ist grundsätzlich voralpin, wobei atlantische Einflüsse überwiegen. Im südlichen Landkreisbereich wird das Klima von Föhn- und Stauwetterlagen der Ostalpen beeinflusst. Im Norden des Landkreises liegen die jährlichen Niederschläge bei etwa 900 Millimetern, während sie im Süden auf bis zu 1200 Millimeter ansteigen. Die Temperaturen liegen im Jahresmittel bei 6,8 bis 7,3 Grad, in der Hauptwachstumszeit von Mai bis Juli bei 13 bis 15 Grad.