Saray ilçesi, kuzeyde Karadeniz ve Kırklareli, doğuda İstanbul, güneyde Kapaklı ile batıda Ergene ilçesiyle çevrilidir.

İl merkezine uzaklığı 82 km'dir. İlçenin yükseltisi ise 140m'dir.

Saray ilçe merkezi coğrafi açıdan ilginç bir noktadır. Düz bir alan üzerine kurulmuş bulunan ilçe topraklarının büyük bölümü Ergene Havzasında yer alır. İlçe Merkezi'nden Karadeniz'e kadar olan kısım dağlık ve ormanlıktır. Arazi kuzeydoğuda Yıldız (Istıranca) dağlarına doğru yükselerek uzanır. İlçenin en yüksek noktası Yıldız dağları üzerinde yer alan Karatepe'dir(480m).

Trakyanın can damarı Ergene Nehri'nin üç önemli kolu Saray'dan doğar. Bunlardan en önemlisi Ergene Deresi, Tekirdağ-Kırklareli sınırının kesiştiği yer olan Kavacık Köyü hudutlarında Ergene Korusu membağlarından doğmaktadır. Diğer iki akarsu Vize suyu ile Galata deresidir. Vize suyu ilçe dışında Ergene nehrine karışırken, Galata deresi Saray ilçesinin doğusundan geçip Kapaklı ilçesinde Ergene nehrine ulaşır. İlçenin sahip olduğu toprakların 314.895 dekarı kullanılan tarım alanları teşkil ederken orman ve fundalık alanlar 255.665 dekardır.

Trakya'da tek Karaçam ormanı Saray Kastro yöresinde bulunur. Bu sebeple Kastro yöresindeki 329 hektarlık Karaçam ormanı 18 Nisan 1988 tarihinde doğayı koruma alanı (Milli Park) olarak ayrılmıştır. Yıldız Dağları (Istranca) ormanlıktır. Bu ormanlarda geniş yapraklı ağaçlardan, meşe ve karaçam hakimdir. "Bahçeköy" bölgenin önemli orman işletmelerinden biridir.

Karadenizde Kastro adıyla bilinen yeni adıyla Çamlıkoy 1450 m'lik sahil şeridi, ince kumsalı, akarsu ve ormanlarıyla turizm potansiyeli olan bir yerdir. Laladere orman içi piknik ve mesire alanı da muhteşem doğal güzellikleriyle ilçenin en önemli değerlerindendir.

İlçe ve yakın çevresinde karasal iklim hakimdir. Karadeniz ikliminin belirtilerine de sahiptir. Kış ayları soğuk ve yağışlı, yaz ayları ise sıcak ve kurak geçmektedir. Yıllık sıcaklık ortalaması 13.8 C olup bu değer Temmuz ayı için 23.3 C, Ocak ayı için ise 4.4 C 'dir. Yıllık nem ortalaması %76'dir. Kış aylarında yükselen bağıl nem ortalaması yaz aylarında azalmaktadır. Bölgede yağış toplamı kış mevsiminde 200-300 mm. , ilkbaharda 100-150 mm. , yazın 50-100 mm. arasında değişmektedir. Yıllık yağış ortalaması 678.2 mm'dir.