O Município de Carlópolis encontra-se no 2º Planalto, na zona ondulada do Mesozóico às margens do rio Itararé. Seu substrato é formado por rochas sedimentares, com solo arenoso - argiloso espesso.
A sede do Município está situada numa região de áreas aplainadas cujos relevos apresentam-se de suave a ondulado com solos até 10 metros, de textura variando de média a arenosa, porosos e permeáveis. Mais da metade de sua área possui uma declividade inferior a 5%.
A região de maior concentração de encostas íngremes encontra-se na parte da cidade, ao longo do ribeirão Fatura, onde predominam os solos litólicos resultante de rochas areno - argilosas.
As margens da represa estão numa planície aluvionar com depósitos areno-argilosos incoerentes, com baixos valores de coesão.
As rochas que compõem o substrato do município de Carlopolis pertencem a uma extensa estrutura geológica denominada Bacia Sedimentar do Paraná e foram depositadas na era Paleozóica, com idades entre 290 a 250 milhões de anos.
Além destas, que são sedimentares, também ocorrem rochas ígneas de natureza básicas, mais jovens, que intrudiram (cortaram) vertical e horizontalmente as rochas pré- existentes. A maior intensidade destas manifestações ocorreu entre 144 - 120 milhões de anos.
Para se entender a composição destas rochas, tem que se descreverem os ambientes em que se formaram principalmente ambientes fluviais, continentais e marinhos, no caso dos sedimentar e vulcânico terrestre, no caso das ígneas básicas.
A bacia do rio Paraná abrange cerca de 80% do território do Estado e seus rios correm na direção oposta ao mar, acompanhando a declividade do seu relevo.
Carlópolis encontra-se na Sub-bacia do rio Paraná, a Bacia Hidrográfica do rio Itararé, tributário do rio Paranapanema. Suas nascentes localizam-se na serra Paranapiacaba, no Estado de São Paulo. Constitui a linha divisória entre os Estados do Paraná e São Paulo desde a sua desembocadura no rio Paranapanema até o rio Bandeirantes.
O sistema hidrográfico do Município é formado por inúmeros córregos e ribeirões, entre os quais se destacam:
Ribeirão do Amaral, ribeirão do Murzilos, ribeirão do Fartura, Água Monteiro, ribeirão Novo, ribeirão Jaboticabal, Água Seca, ribeirão Espírito Santo, Ribeirão do Pinhal, Ribeirão do Jacinto, rio Novo.
De norte a leste, o Município é banhado pela Represa da Usina de Xavantes, que forma inúmeros braços que adentram as propriedades de exploração agrícola. Dentro do atual perímetro urbano, encontram-se os ribeirões:
Jaboticabal, Fartura Amaral e Água Seca, cujas nascentes encontram-se a aproximadamente 5 km da sede urbana.
O Município de Carlopolis encontra-se numa região de clima subtropical, quente úmido mesotérmico com verões quentes, com tendência à concentração de chuvas, sem estação seca definida e geadas pouco freqüentes.
O represamento do rio Paranapanema (incluindo, é claro o rio Itararé) criou um micro clima que tem amenizado os efeitos das geadas.
Com relação às temperaturas médias, no verão superam 30ºC e durante o inverno, não ultrapassam aos 18ºC.