Trương Gia Giới nằm trong khu vực có khí hậu cận nhiệt đới vùng núi ẩm ướt. Nhiệt độ trung bình khoảng 16 °C, lượng mưa hàng năm trung bình khoảng 1.400 mm. Địa hình chủ yếu là miền núi (khoảng 76% diện tích) với phía tây bắc cao và thoải dần xuống phía đông nam. Điểm cao nhất đạt 1.890,4 m, điểm thấp nhất đạt 75 m, khu vực đô thị thủ phủ cao khoảng 183 m so với mực nước biển. Độ cao trung bình toàn địa cấp thị là 1.000 m.

Phía đông giáp huyện Thạch Môn, Đào Nguyên của địa cấp thị Thường Đức. Phía nam giáp huyện Nguyên Lăng của địa cấp thị Hoài Hóa. Phía bắc là huyện Hạc Phong và huyện Tuyên Ân (thuộc châu tự trị Ân Thi, tỉnh Hồ Bắc). Phía tây là châu tự trị Tương Tây. Theo hướng đông-tây dài nhất khoảng 167 km, theo hướng bắc-nam rộng nhất khoảng 96 km.