Żelechów położony pośrodku mezoregionu Wysoczyzny Żelechowskiej – pofalowanym terenie, ukształtowanym przez zlodowacenia, pokrytym w większości polami uprawnymi, rzadziej lasami. Miejscowość znajduje się w pobliżu źródła rzeki Wilgi. Przez miasto przepływa niewielka rzeka – Żelechówka, uchodząca na północ do Wilgi. Żelechów ulokowany jest na krawędzi wzniesienia, wysokość nad poziomem morza waha się od około 160 m (w pobliżu rzeki) do ponad 195 m (na wschód od zakładu Bumar-Waryński). W pobliżu doliny rzeki zostały utworzone stawy hodowlane.
Klimat Żelechów podobnie jak Warszawa położony jest w regionie klimatycznym mazowiecko-podlaskim. Średnia temperatura roczna wynosi 8 °C, średnia temperatura w lipcu to 19 °C, a w styczniu −3 °C. Średnia wilgotność to 80%, a zachmurzenie – 67%. Średnia roczna suma opadów wynosi 550 mm. Pokrywa śnieżna leży po 50–60 dni w roku, jej grubość wynosi średnio 5 cm. Przeważają wiatry zachodnie i południowo-wschodnie o prędkości 2–5 m/s. Okres wegetacyjny trwa średnio 212 dni.
Struktura powierzchni Powierzchnia miasta wynosi 1214 ha (12,14 km²).