Secara geografis, TWA Gunung Baung terletak pada

07° 46’ 09” - 07° 47’ 23” Lintang Selatan dan 112° 16’ 23” - 112° 17’ 17” Bujur Timur.

Batas Utara kawasan TWA Gunung Baung adalah Desa Kertasari Kecamatan Purwosari, sebelah Timur berbatasan dengan Desa Lebakrejo Kecamatan Purwodadi, sebelah Selatan berbatasan dengan Desa Cowek Kecamatan Purwosari, dan sebelah Barat berbatasan dengan Kebun Raya Purwodadi.

Berdasarkan klasifikasi Schmidt dan Ferguson, iklim kawasan TWA Gunung Baung memiliki iklim tipe D yang dipengaruhi oleh angin musim dengan nilai Q = 76,47%, curah hujan rata-rata tahunan sebesar 2.571,5 mm, jumlah hari hujan rata-rata selama 144,20 hari, dan suhu udara harian antara 200 sampai 230 Celcius. Musim hujan [dengan curah hujan ≥ 100 mm/bulan] umumnya terjadi antara bulan November sampai April, sedangkan musim kemarau [dengan curah hujan ≤ 60 mm/bulan] terjadi antara bulan Mei sampai Oktober.

Topografi di kawasan ini bergelombang sampai berbukit, hanya sebagian kecil bertopografi landai dan curam dengan puncak tertinggi Gunung Baung [501 mdpl] dan terendah 250 m di atas permukaan laut.

Sedangkan tanah terdiri dari komponen mediteran merah kuning dan latosol. Berdasarkan Peta Tanah Tinjau I Propinsi Jawa Timur [Lembaga Penelitian Tanah Bogor, 1966] di kawasan TWA Gunung Baung terdapat jenis tanah yang terbentuk dari batuan kwartier tua dengan batuan induk berupa endapan metamorf.