Olur ilçesi coğrafi olarak Karadeniz Bölgesi’nin doğusunda olup rakımı 1327 metredir. Erzurum il merkezine 163 km mesafededir. İlçenin yüzölçümü 820 km²’dir. Doğusunda Göle, Şenkaya ilçeleri, batısında Yusufeli ilçesi, güneyinde Oltu ilçesi, kuzeyinde Artvin ili, Ardanuç ilçesi bulunmaktadır. İlçenin kuzey ve güney istikametinde sıra dağlar ve bu dağları kesen derin vadiler mevcuttur. İlçenin kuzeyinde platolara da rastlanır. İlçenin en önemli dağları şunlardır: Akdağ 2342 m, kuzeyinde Zamp Dağı 2745 m, Sarıbaba Tepesi 2605 m, Pancarlı Tepesi 2697 m ve Horasan tepesi 2842 metredir. Çoruh Nehri’nin bir kolu olan Oltu Çayı ilçe sınırları içerisinde doğu-batı istikametinde devam ederken tamamen ilçe sınırları içerisinde kaynağını alan ve ilçenin kuzey doğu istikametinden güneye doğru yol alarak Oltu Çayı’na kavuşan Alabalık Suyu ile Kızılçay akarsuları önemli akarsularındandır. Ayrıca Ilıkaynak Mahallesinde termal su kaynağı ve kaplıca  bulunmaktadır. İlçede Doğu Anadolu ile Doğu Karadeniz iklimi arasında bir geçit iklimi hüküm sürmektedir. İlçenin rakımı yüksek kuzey kesimlerinde iklim oldukça serttir ve kar yağışı çokça görülmektedir. Güney kesimlerinde ise gayet ılıman bir iklime sahip olup Doğu Karadeniz iklimi hüküm sürmektedir.