孙吴县位于东经126°40?—128°，北纬48°59?—49°42?，地处黑龙江省北部、黑河市中部，小兴安岭北麓，北邻黑河市爱辉区，南接五大连池市，西连嫩江县，东与逊克县毗邻，是黑河市的重要交通枢纽。边境线长35公里，与俄罗斯阿穆尔州的康斯坦丁诺夫卡区隔黑龙江相望。全县总面积4318.9平方公里。 距省城哈尔滨市500公里，距黑河市爱辉区110公里，是黑河市三个口岸市县之一。 孙吴县属于低山丘陵区，海拔在110—755米之间，地势南部和西部高，北部和东部低，由西南向东北逐渐倾斜。地貌分区较明显，西部为低山沟谷区，中部为丘陵河谷地区，东北部为沿江平原。
孙吴县位于中国综合自然区划的兴安岭——长白山区，小兴安岭山脉北麓。岭脊在境内长约40公里，山地由火山岩及大片花岗岩组成，皆属于小兴安岭的余脉。有名称的山峰共123座，其中主要的有明显特征的山峰有： 南松木山：位于向阳村正北约21公里，东西走向长7公里，地理座标是北纬49°28′，东经126°48′，海拔753米，为境内最高峰。山麓由落叶松环抱，中间被白桦树、松树所覆盖。在海拔500米以上始出现低等植物。 西杨木山：位于群山村以西11.5公里，东西走向长7公里，地理座标北纬49°12′，东经127°25′，海拔高度396米。山体呈浑圆状，由白垩系沉积岩组成，在海拔320—340米的标高处有略向北倾斜的平台，台面上堆积第三系松散砂砾石，称为二级夷平面。山坡盛长杨树，为区别境内的东杨木山，故名西杨木山。 乌云山：位于兴北乡西南4公里处，南北走向长4公里，地理座标为北纬49°23′，东经127°17′，海拔高度为323.2米。此山高于附近各山，阴雨天气，山头常与乌云相连，故得名“乌云山”。山坡被柞、桦等次生林所覆盖。 三块石山：位于红旗村西北12公里，南北走向长2公里，地理座标北纬49°06′，东经127°，海拔高度508米。山顶有3块较大的卧牛石，故得名“三块石山”。山坡被柞、桦等次生林所覆盖。 邵家山：位于卧牛河村西北14.5公里，南北走向长7公里，地理座标北纬49°37′，东经126°57′，海拔高度493.9米。东、西、北三侧分别临卧牛河及其支流，南临逊河。山坡被柞、桦等次生林所覆盖。 截止2008年底，孙吴县已发现矿产19种，分别是煤、铁、铜、钼、金、石墨、水晶、沸石、玛瑙、建筑用砂、冶金用脉石英、膨润土、砖瓦用粘土、饰面用玄武岩、建筑用闪长岩、饰面用花岗岩、珍珠岩、水泥配料用板岩、泥炭。共有116处矿床、矿点（矿化点），但投入的地质工作均较少，达到详查程度的矿床仅有9处，其中，砂金矿床2处，石材矿床3处，褐煤矿床1处，膨润土矿床1处，钼矿床2处，均为小型。
矿产资源主要特点：发现的矿产资源种类少，分布不均匀；形成矿床的矿种少，矿床规模小；优势矿种不突出。 在国家动物地理区划上，孙吴县野生动物属古北界东北区长白山亚区，境内各类野生动物多达300余种，其中主要兽类40余种，以熊、野猪、鹿、狍子、獾、猞猁、黄鼠、水獭、银鼠为主；禽类150余种，以野鸡、飞龙、沙半鸡、树鸡、棒鸡居多；鱼类丰富，分属11科47种，不仅盛产鲤鱼、鲫鱼、鲢鱼、草鱼，而且还有“三花五罗”（鳌花、鳊花、鲫花，哲罗、法罗、雅罗、胡罗、铜罗）、鲑鱼（大马哈）、中华鲟（鳇鱼）等珍稀鱼种，年均产商品鱼220吨左右。植物以长白山植物区系为主，种类多达400余种，药用植物有北五味子、土三七、兴安黄芪、大叶柴胡、百合、芍药、桔梗、刺五加、党参、蒲公英等；经济价值较高的土特山产品有木耳、蘑菇、猴头、榛子、蓝莓及蕨菜、薇菜等，是黑河市农副山产品重要生产和集散基地。