三星煤矿位于大兴安岭南端东南坡与松辽平原过渡地带，靠近松辽平原一侧，地势平坦，偶有些沙丘。
矿区地形总体西高东低，最高点位于矿区中间部位，海拔210.10m，四周较低，最低海拔203m，高差仅7m左右。
矿区位于突泉河开阔平坦的河谷之中。南部大额木特河于矿区南1km处通过，与北部通过矿区的突泉河于矿区东南双眼泡附近汇合，二条河均由西北向东南流出区外。二者皆属季节性河流，枯水期干枯断流，洪水期常溢出河道，矿区附近最高洪水位202.88—204m。高出地面0.54—0.65m。
本区气候特征是冬寒时长，夏热时短，昼夜温差变化较大，属中温带干旱大陆性气候。1--2月份气温最低，最低气温-30.2℃，平均气温-14.8℃；7月份气温最高，最高气温达40.4℃，平均气温22.6℃，年平均气温2.8℃，平均无霜期140天。年平均降水量442.6mm，6--8月份为雨季，10月份中旬--翌年4月中旬为雪季，年平均积雪期71--120天，最大积雪深度为10--25cm。
常年刮四至五级以上的西北风，大风日为38天，最大风速为17m/s；最大冻土深度2.0m。
