Thị trấn nằm ở tả ngạn của sông Indigirka, ở độ cao 745 mét so với mực nước biển. Các khu vực đông dân cư gần nhất là Khara-Tumul (gần nhất) và Bereg-Yurdea. Cũng gần Oymyakon là các thị trấn Tomtor và Yuchygey.

Nằm gần khu vực địa cực, Oymyakon có sự dao động lớn về số giờ ban ngày trong năm. Thời lượng ngày thay đổi từ 4 giờ 36 phút (ngày 22 tháng 12) đến 20 giờ 28 phút (ngày 22 tháng 6). Từ ngày 24 tháng 5 đến ngày 21 tháng 7, có xuất hiện đêm trắng khi bầu trời sáng cả ngày.

Oymyakon có hai thung lũng chính bên cạnh nó. Những thung lũng này giữ gió bên trong thị trấn và tạo ra khí hậu lạnh hơn. Thị trấn chỉ cách vòng Bắc Cực 350 km về phía nam, nằm trên cao nguyên Trung Xibia, lại có nhiều ngọn núi chắn gió ấm từ phía Nam thổi đến. Những điều này khiến Oymyakon trở thành khu vực lạnh giá nhất thế giới có người sinh sống. Tuy nhiên, trẻ em vẫn được phép đến trường nếu nhiệt độ ấm hơn −55.0 °C (−67.0 °F).