Расположен по левобережью рек Волга и Кама, к западу от реки Шешма.

Площадь 13,8 тысяч км2.

Приурочен к северной части Мелекесской тектонической впадины. Кристаллический фундамент, сложенный породами архея и нижнего протерозоя, залегает на глубине от 1650-1700 м на севере до 2000 м на юге. Перекрыт толщей осадочных пород девонской, каменноугольной и пермской систем палеозоя, неогеновой и четвертичной систем кайнозоя. В составе девонских и каменноугольных отложений – известняки, доломиты с горизонтами терригенных песчаников, алевролитов и аргиллитов. Нижнепермские образования представлены известняками и доломитами с линзами и прослоями гипсов и ангидритов. На размытой и закарстованной поверхности нижнепермских образований лежат породы уфимского, казанского ярусов и татарского отдела пермской системы. Отложения уфимского яруса – красноцветные песчаники и глины – сохранились в восточной части района, казанские известняки, доломиты, гипсы и глины распространены повсеместно. Выше залегают пестроцветные глины, мергели, песчаники и конгломераты татарского отдела, слагающие многие водоразделы в центральных и восточных частях Западного Закамья. Общая мощность верхне- и среднепермских отложений до 300-400 м. На их неровной эродированной поверхности залегают глины, суглинки, пески и галечники неогеновой и четвертичной систем. Отложения неогена мощностью до 200-300 м выполняют древние долины Волги, Камы и их притоков, они имеют речное и озерное происхождение, содержат маломощный (10-20 м) горизонт осадков акчагыльской трансгрессии Каспия. Четвертичные отложения в основном слагают комплексы речных террас во всех долинах, делювиально-солифлюкционные шлейфы пологих склонов, эоловые покровы на водоразделах.

Рельеф Западного Закамья представляет собой преимущественно низкую равнину, расчлененную неглубокими долинами, балками и оврагами. Абсолютные высоты 53-243 м, средние – 120 м. Выделяют три ступени рельефа, различные по высотам, происхождению и возрасту. Западная – самая низкая (высотой до 120 м), образована комплексом широких четвертичных террас Волги; центральная (160-200 м) – денудационно-аккумулятивная, сложена в основном породами татарского отдела и плиоцена; восточная (200-243 м) – денудационная, выработана в породах верхней перми. Для Западного Закамья в целом характерна наименьшая в РТ густота овражного расчленения (0,09 км/км2), густота балочного расчленения достигает 0,63 км/км2. В центральных и западных частях многих суффозионно-карстовых западин и провалов, часто заболоченных. Берега Куйбышевского водохранилища местами (на участке между селами Балымеры и Полянки Спасского района, северо-восточнее устья реки Актай и другие) подвергаются абразии.

Климат Западного Закамья отличается теплым и недостаточно влажным летом, умеренно холодной и относительно снежной зимой. Средние температуры января изменяются от -13,5°С на западе до -14,3°С на юго-востоке, июля – от 19 °С на юго-востоке до 19,6 °С на западе, абсолютный минимум -50°С (1942, Чулпаново), абсолютный максимум 39°С (1971, Аксубаево). Наибольшее число дней с очень сильными морозами (-35°С и ниже) наблюдается в Нурлатском районе – в среднем 3 дня за зимний период. Продолжительность безморозного периода 120-140 дней. Годовое количество осадков 460-500 мм, из них 310-340 мм – в теплый период года. Высота снежного покрова 35-45 см.

Гидрографическая сеть представлена реками, озерами и болотами. С запада регион омывается Волгой, с севера – Камой, с востока – Шешмой. Наиболее крупными водотоками являются реки Большой Черемшан, Кондурча (в среднем течении), Малый Черемшан, Актай, Большая Сульча. Средняя густота речной сети 0,27 км/км2, наименьшая в Татарстане. Много озер старичного и суффозионно-карстового происхождения. По долинам рек и в центральном понижении – болота, в том числе крупное Татарско-Ахметьевское торфяное болото в долине реки Малый Черемшан.

Преобладающими почвами являются черноземы выщелоченные, в основном среднемощные и среднегумусные; на значительных площадях распространены серые и темно-серые лесные почвы, особенно на водоразделах.

Большая часть земель находится под пашней, которая составляет 76-85% площади сельскохозяйственных угодий.

Леса сохранились в основном на юго-востоке Наибольшая лесистость в Нурлатском (38,8%) и Черемшанском (24,2%), наименьшая – в Спасском (8,6%) и Чистопольском (6,6%) районах.

В Нурлатском, Аксубаевском и Черемшанском районах ведется добыча нефти.

Эксплуатируются крупнейшие (российские значения) месторождения бентонитовых глин (Верхне-Нурлатское, Тарн-Варское, Березовское). Регион хорошо обеспечен кирпичными глинами; наиболее крупные месторождения у населенных пунктов Аксубаево, Новошешминск, Чистополь.

Выявлено единственное в России месторождение мраморного оникса – Пичкасское.

Перспективной является добыча песка (у города Болгар, село Каракули Алькеевского района). Имеются месторождения торфа (Аппаковское, Кадеевское, Каменское).

Ряд природных объектов Западного Закамья выделен в качестве особо охраняемых территорий, в их числе природные заказники – «Спасский», Ивановский сосновый бор, Склоны Коржинского, памятник природы – Татарско-Ахметьевское торфяное болото. Памятниками природы объявлены реки – Большой и Малый Черемшан, Большая и Малая Сульча, Толкишка, озера – Атаманское, Безымянное, Чистое, Щучье (Спасский район), Провал (Алексеевский район), Кара-Куль (Нурлатский район).

В центральной части Западного Закамья – Билярский охотничий заказник.