Kocasinan ilçesi, İç Anadolu Bölgesinin Orta Kızılırmak bölümünde yer alır. 33 derece 30 dakika boylamı ve 38 derece 45 dakika kuzey enleminde yer almaktadır. İlçenin belediye sınırları alanı 9.025 hektardır. Kocasinan hudutları içerisinde bulunan dağların yüksekliğinde bir çok düzlükler bulunmaktadır. İlçe merkezi 1055 rakımlı bir ova üzerinde kurulmuştur.
Kocasinan ilçesinde step iklimi görülür. Yazlar sıcak ve kurak, kışlar soğuk ve yağışlı geçer. En sıcak aylar Temmuz ve Ağustos (40.7 0C) aylarıdır. En soğuk aylar ise Aralık, Ocak ve Şubat aylarıdır. Bu aylar içerisinde en düşük sıcaklık (- 36.1 0C)’dir. Yılın sıcaklık ortalaması 10.6 0C’dir. Gece ve gündüz sıcaklık farkı oldukça fazladır. Yılın Haziran, Temmuz ve Ağustos aylarının dışında gece sıcaklıkları sıfır ve eksilere düşer. Yer yer erken don ayları görülür. Ortalama olarak yıl içinde 126 gün don olayı görülür. Kar yağışları Kasım ayından Nisan ayı sonuna kadar devam eder. Bazı zamanlarda da Mayıs ayında kar yağışı görülür. Hakim rüzgarları kuzey-batı, en şiddetli rüzgar ve fırtınalar güney ve güneydoğu rüzgarlarıdır. Bu rüzgarlar yılın Aralık, Ocak, Şubat aylarında saniyede 44 m., saatte 158 km., ortalama 110 km. hızla eserek her yıl geniş tahribat yapar. Yağışlar genellikle sonbahar ve ilkbahar aylarında olmaktadır. İlçenin aylık yağış ortalaması 23,4 mm civarındadır.