薛家灣鎮地貌復雜,地質構造簡單,總體構造屬鄂爾多斯單翼向斜。在古老的前震旦系基礎上,分布了從震旦系到第四系很厚的沈積物,地層沈積較全。除個別地區有角度不整合接觸外,各個時代地層壹般均為連續沈積或假整合接觸。
薛家灣鎮具有沈積回旋和區域不整合的特征,境內地層基本可分為印支期、燕山期、喜馬拉雅期三個構造地層。在漫長的地質年代中,經過地殼多次的升降運動,海水不斷侵退,加上風化、侵蝕等外力作用的影響,旗境溝谷十分發育,形成凹凸不平的地貌,也使中生界及其以前的古老地層裸露於地表。
薛家灣鎮屬於典型的中溫帶大陸性氣候,光照充足,四季分明,氣候特點為:冬季漫長寒冷,夏季炎熱短促,春秋氣溫變化劇烈。