Coğrafi yapısına gelince Oltu İlçesi, Doğu Anadolu Bölgesinin kuzeydoğusunda yer alır. Ancak yüzölçümünün çoğunluğu Doğu Karadeniz Bölgesi sınırları içerisindedir. Oltu Çayı vadisinde kurulan ilçe 1380 Km2 lik yüzölçümüne sahiptir. Rakımı ise 1275 metredir.
İlçenin doğusunda Şenkaya, kuzeydoğusunda Olur, kuzeyinde Yusufeli ve Uzundere, batısında Tortum ve güneyinde Narman İlçeleri bulunmaktadır. İlçe konum olarak 41-59 doğu boylamları ile 40-34 kuzey enlemleri arasında yer alır. Coğrafi bakımdan dağlık ve ormanlık bir yapıya sahiptir. En yüksek tepeleri Akdağ 3030, Kırdağ 2000 m.dir. İlçenin batısında Uzundere İlçesi Yayla Mahallesinden başlayan ve doğuya doğru alçalarak genişleyen vadinin alt kısmındaki topraklar alüvyonlu verimli topraklardır.
İlçede vadi boyunca yükselen 50-500 mt civarında irili ufaklı tepeler bulunmaktadır. İlçeyi ikiye bölen Oltu Çayı, Uzundere İlçesi Yayla Mahallesinden çıkan Sivri Dere ile İlçenin batısından gelen Narman Çayı İlçenin 5 km. batısında birleşerek Çoruh Nehrine akmaktadır. Yaz aylarında suyu azalmaktadır.
İlçe rakımının düşüklüğü nedeniyle Doğu Anadolu Bölgesi’nin sert kara iklimine Oltu Vadisi boyunca rastlanmaz. Yüksek kısımlar ile vadi boyu arasında iklim farkı önemli derecededir. İlçede yıllık sıcaklık ortalaması 10.2 C dir. En yüksek hava sıcaklık Temmuz-Ağustos aylarında olup 1998 yılında en fazla sıcaklık ayı 31.4 C olmuştur. En düşük hava sıcaklığı ortalaması Aralık, Ocak, Şubat ayları itibarı ile 9.3 C dir. İlçede yazlar sıcak ve kurak kışlar ise az yağışlıdır. Yıllık yağış ortalaması ( Son 10 yıllık ) 29.6 M3 kg.dır. Rüzgarlar genellikle kuzey yönünden eser ve ortalama hızı 2.0 kt/sn (Kuvvet/saniye) dir.Yağışlar genellikle ilkbahar ve sonbahar aylarında görülür.
İlçe ormanlık alanlarında sarıçam, karaağaç, pelit ve kavak gibi ağaç türlerine rastlanır. Oltu Vadisi boyunca söğüt, kavak ve meyve ağaç toplulukları bulunur. Gittikçe azalan orman örtüsü sebebiyle İlçe ve çevresinde erozyon olayı mevcuttur.
a- Yeryüzü Sekilleri ve yapısı
Oltu ,çoruh nehrinin kollarından olan Oltu Çayının açtığı vadinin genislediği alanda kurulmustur. KD_KB doğrultusunda uzanan yine Erzurumun ilçelerinden Olur ile senkaya arasında bir dirsekte batıya dönen oltu Çayı Çoruh nehri ile birleserek kuzeye yönelip Karadenize dökülmektedir.KD-KB yönü Mescit daları Akdag ve Yanlızçam dyağları dizisiyle buna paralel alllahuekber dag sorası arasında yer alan çöküntü alanı Oltu'nun yeryüzü seklini kabaca belirtmektedir. Oltu'yu güneyden sınırlayan Allahuekber daglarının en yüksek noktası 3120 mt.dir.Aynı yönde uzanan birbirine paralel sıra daglar Kuzey anadolu orojenik kusagı (alp orojenesi) içerisinde bulunmaktadır. Dag sıraları ve aralarındaki akarsuların belirli yönlerdeuzanması , güneyden Arabistan , Kuzeyden rusya platformu plakalarının sıkıstırması sonucu meydana gelmistir. Tümüyle yüksek bir bölge olan Doğu anadolunun bu bölgesi KD-GB yönlerine dönen daglarla onlara paralel deprasyon ve birbirinden uzaklasmıs dağ sıraları arasında beliren düzlüklerden ibarettir.Üçüncü zaman |ortalarında Alp oorojenesi ile olusan bölge , üçüncü zaman tamamlanmadan dıs kuvvetler tarafından asındırılarak birpeneplen halini almıstır. Neeojen sonu ve Poleistosende bölge epirojenik haraketlerle Anaodudaki toptan yükselme sonucunda kıvrım daglar ve kırıklar meydana gelmistir.Jeolojinin Karbon devrindensonra tesekkül ederek tam küömürlesmeyen karbonu fazla bir maden türü Oltu cıvarında zengin damarlar halinde bulunmaktadır. Oltu Tası damarları , Topragın üst kısımlarında ve ince seritler halinde uzanmaktadır.bu damarlar bazı yerlerde sık sık görülmesine karsılık bazı yerlerde gayet seyrektir. Bu sebeble tasın isletmesinde galeri açmak ekonomik degildir.
b-Nüfus ve nüfus yoğunluğu
Cumhuriyet döneminden itibaren Oltu nüfusunda düzenli olmamakla beraber sürekli bir nufus artışı görülür.Oltu'da 1985 nüfus sayımına göre genel nüfus 43.276 dır.Şehir merkezinin nüfusu 16.277 köylerin nufusu ise toplam 26.999 dur. Ortalama nufus yogunluğu Türkiye nufus yoğunluğunun altındadır.(km>kare58 kişi)Oltu çevresinde km2 31 kişi düşmektedir.Yoğunluğun az olmasının sebebi ise göç olayıdır.Oltu ve çevresinde nüfus daha çok vadi içlerinde,vadi kenarlarında,deprasyonun içi ve kenarlarıyla, Kuytu yamaçlarda toplanmıştır.Tarım hayvancılık kaynaklarının nufusu geçindirecek kapasitede olması göç olayının giderek artmasına neden olmuştur.
c-Yerleşim: Oltu iş sahası, pazarlama,ulaşım ve yönetimin genişlediği eğilimin görüldüğü bir tarım ilçesidir. Az nüfuslu tarım tarım ve hayvancılık ilçesidir.Az nüfuslu tarım ve hayvancılık faaliyetlerinin yapıldığı kır yerleşmeleri halindedir. Oltu dışarıdaki kır yerleşmelerini toplu köy biçimindedir.Mezra,kom ağıl şeklinde köy altı devamlı iskan birimleri bulunmaktadır.Ancak bir kaç köyün mahllesi bulunmaktadır.köylerin kuruluşunda tabii şartlar etkili olmuştur.Köylerin büyük kısmı ortalama 1200 Mt ila 1750 Mt yükseklikleri arasında vadi içlerinde, güneye bakan yamaçlarda bulunmaktadır.
Bütün kır yerleşmelerinin ortak yönü plansız köy tipinde oluşudur.Oltu ilçesinin bağlı yerleşim noktalarında görülen toplu yerleşme daha çok küme köy karekterindedir. Bir merkez etrafında daire veya daireye en yakın bir şekilde merkezlerin bir araya toplanmasında ve adeta yığılmasıyla meydana gelmiştir.
Toplu yerleşme olayı coğrafi şartların doğurduğu bir sonuç olarak kabul edebiliriz.Özellikle iklim şartları toplulaşmaya neden olmuştur.Ayrıca tarihi devirler boyunca bölgenin uğradığı sayısız savaşlar, saldırılar toplu yerleşmenin sebebi gösterilebilir.diğer bir sebep de tarımsal çalışmalarının sirlik ve beraberliğini gerektirdiği düşüncedir. Yol kenarlarında görülen yerleşmelerinin asıl sebebi ise ulaşım ve su faktörüne yakın olmaktadır.