薛家灣鎮地貌復雜,地質構造簡單,整體構造屬於鄂爾多斯單翼向斜。在古前震旦系的基礎上,從震旦系到第四系均有厚層沈積分布,地層沈積較為完整。除局部地區為角度不整合接觸外,各時代地層壹般為連續沈積或假整合接觸。
薛家灣鎮以沈積旋回和區域不整合為特征,境內地層基本可分為印支期、燕山期和喜馬拉雅期三個構造層。在漫長的地質年代中,經過地殼的多次起伏,海水不斷後退,加上風化、侵蝕等外力的影響,旗內溝谷十分發育,形成凹凸不平的地貌,中生代及其以前的古地層出露地表。
薛家灣鎮屬於典型的中溫帶大陸性氣候,日照充足,四季分明。其氣候特點是:冬季漫長寒冷,夏季短暫炎熱,春秋兩季氣溫變化劇烈。