Với diện tích đất tự nhiên 17.104,6 ha; trong đó, đất canh tác trồng trọt là 11.329,9 ha chiếm 66,24%; đất ở 1.120,9 ha chiếm 6,95%; đất chuyên dùng chiếm 3.235,9 ha chiếm 18,92%; còn lại là đất chưa sử dụng. Phú Xuyên là huyện trũng nhất của tỉnh Hà Tây, có sông Nhuệ chảy từ bắc xuống Nam. Trước đây Phú Xuyên là vùng đất trũng, có cốt đất thấp so với một số đơn vị lân cận, phía Đông cao hơn phía Tây, nên về mùa mưa bão hay bị ngập úng, lụt lội. Một số xã giáp sông Hồng có đất pha cát, còn gọi là đất màu, diện tích khoảng 2.000 ha.

Trên địa bàn huyện có trên 30 km sông chảy qua đó là sông Hồng, sông Nhuệ, sông Duy Tiên, sông Lương, sông Vân Đình. Phú Xuyên cũng có hệ thống giao thông rất thuận lợi, có tuyến đường sắt Bắc-Nam dài gần 12 km chạy qua, tuyến đường thủy sông Hồng dài 17 km, tuyến đường cao tốc Pháp Vân-Cầu Giẽ dài 7 km, điểm đầu đường Cầu Giẽ-Ninh Bình, đường Quốc lộ 1A dài 12 km trên địa bàn huyện, đó là điều kiện thuận lợi cho việc phát triển kinh tế-xã hội của Phú Xuyên.