Erzurum İlinin batısında bulunan Aziziye'nın kuzeyi İspir İlçesi, güneyi Erzurum, doğusu Erzurum, Batısı Aşkale İlçesi, kuzey doğusu Tortum İlçesi ve kuzey batısı Bayburt ili ile sınırlıdır.

Erzurum ovası üzerinde kurulu bulunan Aziziye'nın batısında Daphan Ovası bulunmaktadır. Aziziye İlçesi'nin kuzeyi 3.288 m. Yükseklikteki Kargapazar dağları ile çevrilidir. Aziziye ve merkez köyleri Erzurum Ovası ve Daphan Ovası üzerinde bulunmakla birlikte, kuzey tarafta bulunan Ovacık bucağı dağlık ve engebelidir.

Aziziye'nın toplam yüzölçümü 1.686.72 km2  olup, rakımı 1812'dir.

İlçemiz sınırlarından geçen akarsular şunlardır :
KARASU : Dumlu dağından doğup, Aşkale Tecer köyünden fırata karışır. Kargapazar kaynaklarından gelen Köşk, Palandökene inen Pulur ve İlçemiz sınırlarından geçen Serçeme çayları ile birleşir. Fırat nehrinin bir kolu olan Karasu'nun toplam uzunluğu  185 km olup , ilimiz sınırları içindeki uzunluğu 140 km'dir. Debisi 44 m3/sn.'dir.

SERÇEME ÇAYI : Karasu'nun kolu olan Serçeme çayının başlangıç noktası Yıldız Dağı olup, Aşkale yakınlarındaki Çağdariç  köprüsünde Karasu'ya karışır. Toplam uzunluğu 69 km. olup tamamı ilimiz sınırları içinde kalmaktadır. Debisi 9 m3/sn.dir.

PULUR ÇAYI : Karasu'nun bir kolu olan Pulur çayı   Tabye dağından doğup, Aziziye yakınlarında Karasu'ya karışmaktadır. Toplam uzunluğu 43 km. olup, tamamı ilimiz sınırları içinden geçmektedir. Debisi 2 m3/sn.dir.

İlçemiz sınırları içerisinde tabii göl bulunmamaktadır. Ancak Kuzgun Baraj Gölü ile Merkez Söğütlü köyü yakınında sulama amaçlı yapılan gölet mevcuttur.

Aziziye ,Erzurum iline çok yakın olduğu için aynı iklim özelliklerine sahiptir. Karasal iklim hüküm sürmektedir. Yazları sıcak ve yağışsız kışları soğuk ve kar yağışlıdır. Rakım yüksek olduğu için kış mevsimi yılın yarısından daha uzun süreyi içine alır. Buna karşılık yaz mevsimi kurak ve çok kısa sürer. Özellikle kış mevsiminde karasal iklimin karakteristik özelliğine uygun şekilde gece ve gündüz sıcaklık farkları çok fazladır. İlk bahar ve sonbahar çok kısa yaşanır ve genellikle yağışlı geçer.

Aziziye ilçesinin büyük bir kısmı tabii step sahalarını içine alır. Yüksek kısımlarda dağ çayırları yer alır. Ormanlık alan çok azdır. Yalnız ovacık grubu tarafında bir miktar ormanlık alan bulunmaktadır.

Aziziye 400 enlemi ile 400 boylamı içinde bulunmaktadır.