Төлеби ауданының жер көлемі 31 шаршы шақырым жерді алып жатыр. Шығыстан батысқа дейін 150 км, солтүстіктен оңтүстікке дейін шамамен 80 км-ге созылып жатыр. Аудан аумағы шығыста Алатау тауларынан басталып, оңтүстік батыста Өгемтау, Қаржантау және Қазығұрт таулары сілемдері бөктерінде орналасқан.
Ауданның климаты континентальды. Ауа-райына өте мол ықпал жасап, әсер етіп, оны жұмсартып отыратын күш-аптап ыстықтың әсері,оның аса мол рессурсы. Тау етегіне жақын жерлерде климат биіктік белдеу бойынша өзгеріп отырады. Мұнда климат жылы, әрі қоңыржай болып келеді. Мұндағы қыс көбінесе бірқалыпты жылылау, әрі қысқа. Қар қалың түспейді, боранды күндер өте аз. Қыстың ұзақтығы шамамен 5-6 ай. Қардың қалыңдығы 27 см.Аудандағы жылдық орташа температура +10°С.Қыс айындағы орташа температура -4,1°С.Аудан көлеміне жауған жауын-шашынның, ылғалдылықтың орташа түсуінің мөлшері 400-1300 мм келеді. Ал орташа жауын-шашын мөлшері 627 мм-ге тең. Жауын-шашынның ең көп түсетін кезі сәуір айы, бұл уақытта жылдық жауын-шашынның мөлшері 10 %,ал жазғы уақытта небәрі 7 %,ал кейбір жылдардың кейбір күндері ылғалдылылық мөлшері 30-70 мм жетеді. Қар орташа 98 күн жатады. Ауданда қолайлы да қоңыржай кезең орташа 182 күн.
Аудан көлемінде желдің тұру бағыттары көбінесе солтүстіктен-шығысқа, оңтүстіктен батысқа қарай тұрады.
Ауданның жануарлар дүниесіне келетін болсақ, мұнда Алатаудың ақ маралы, киік, арқар елік кездеседі. Құздарға ұя салған қыран-бүркітті, ақ сұңқар көптеп кездеседі. Қыста сайдан сытыла қашқан қызыл түлкісі, сусары, ителгісі, қаршығасы, құры, кекілігі, қырғи үндері келеді құлаққа. Сонымен бірге, аюдың бірнеше түрлері, таутышқаны суыр, күзен, борсық, қосаяқтар, бауырмен жорғалаушылардан: кесіртке, даланың улы жыландарының барлық түрлері, тасбақа, шаян, қарақұрт т.б кездеседі.
Ауданның территориясының көп бөлігі таулы жерде орналасқандықтан, аудан су торабына өте бай болып келеді. Аудан территориясын сумен қамтамасыз ететін ірі өзендер-Бадам, Ақсу және Сайрамсу өзендері. Олар Алатау тауынан бастау алады. Ақсу өзені ауданның солтүстік бөлігімен ағып өтеді. Өзеннің жалпы сиымдылығы 462 квм. Ал, Сайрамсу өзені атақты Арыс өзенінің саласы, аудан территориясының батыс бөлігімен ағып өтіп, жалпы сиымдылығы 468 квм тең. Бұлардан басқа ірілі-ұсақты өзендер көптеп кездеседі. Олар: Тоғыс, Доңызтау, Балдыбірек, Қасқасу, Ленгерка. Бұлардың бәрі де әлгі үш өзенге қосылып ағады. Аталған үш өзен және шағын өзендер, шағын плотиналар бірігіп, аудан шаруашылығының егістігіне, бау-бақша жайылымдарды сумен қамтамасыз етіп отырады. Өзен басындағы елді мекендерге ауыз су үшін қызмет атқарады.