Izúcar de Matamoros se localiza entre las coordenadas 18º 22’ 06’’ - 18º 42’ 18’’ latitud norte, y 98º 19’ 18’’ - 99º 33’ 24’’ longitud oeste. Tiene una superficie de 514 kilómetros cuadrados, por lo que ocupa el sexto sitio entre los municipios de Puebla por su extensión. Limita al norte con el municipio de Tepeojuma; al este, con Xochiltepec, San Martín Totoltepec, Epatlán, Ahuatlán y Tehuitzingo; al sur, con Chiautla de Tapia; y al poniente, con Tlapanala, Tilapa, Atzala y Chietla.
La mayor parte del municipio corresponde al Valle de Matamoros, que es una planicie que baja desde el pie de la Sierra Nevada. La altitud media del valle de Matamoros es de 1300 metros sobre el nivel del mar (msnm). Hacia el sur, el territorio de Izúcar se vuelve más abrupto y montañoso, adealantando las estribaciones de la Sierra Mixteca que domina gran parte del relieve del suroeste poblano. En esta porción del municipio se encuentran los cerros de El Tecolhuixtle, el Cerro Grande y el Cerro del Tlacote. Las montañas del municipio presentan pequeños yacimientos de minerales varios, aunque sólo la cal tiene alguna importancia económica. Dominan los suelos de tipo feozem.
El valle de Matamoros es surcado por el río Nexapa, cuya subcuenca forma parte de la cuenca del Atoyac, que a su vez corresponde a la cuenca del Balsas. En el sur, las corrientes de agua son temporales, y desembocan todas en el río Atoyac. Algunas de ellas desaparecen antes de poder desembocar en alguna corriente mayor. La agricultura ha estimulado la construcción de acequias para el riego de los cañales que sostienen la economía local.
Izúcar de Matamoros pertenece a la región del trópico seco, cuyas características climáticas dominan a toda la Mixteca Baja Poblana, de la cual, Izúcar es la puerta. En las alturas de las montañas que rodean el valle de Matamoros, el clima es un poco menos caluroso y más húmedo que en el valle. La estación de lluvia se presenta en los meses de verano y otoño. La vegetación nativa del municipio es la selva baja caducifolia, aunque el cultivo de la caña de azúcar ha cambiado un poco el paisaje, y la mayor parte del municipio se encuentra sembrado de cañaverales.
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