元陽哈尼族梯田之所以如此壯麗和獨特，首先是大自然特殊地理結構所造成的。元陽位於雲南省南部，而雲南省地形分佈的特點是西北高、南部低，從滇西北的中甸、麗江經大理、楚雄到到滇南的思茅、版納、紅河、文山，海拔漸漸下降，形成了滇西北高海拔地區常年無夏的寒溫帶、寒帶氣候類型和滇南低海拔地區全年無冬的亞熱帶、熱帶氣候類型。從滇西北到滇南，隨著海拔下降，立體氣候越來越顯著，降雨量也越來越大。全省降雨量最大的就是紅河南岸哈尼族聚居地區，降雨量竟達到年均1397.6mm，相應的稻作農耕越來越密集，旱地耕作越來越減少。這就使從滇西北的怒江、瀾滄江、長江水系到滇南江河水系流域，梯田稻作文化越來越發達，並最終在紅河南岸哀牢山南段哈尼族地區形成全省、全國最集中、最發達的梯田稻作區的地理構成環境。
其次，哀牢山特定的地形、氣候等自然條件也決定了元陽哈尼梯田必然形成為最壯麗、獨特的奇觀。元陽的地貌特徵是山高穀深，溝壑縱橫，多為切割中山地類型，即縣內眾山在億萬年中被紅河、藤條江水系深度切割，中部突起，兩側低下，鳥瞰全境，山地連綿，層巒疊嶂，地形呈“V”形發育，高下之間，壯觀異常。
境內最低海拔為144米，最高海拔為2939.6米，海拔高差2795.6米。縣內氣候多屬亞熱帶季風類型，但因地形複雜差懸殊，立體氣候突出。河壩區年均溫度25度，最高氣溫42度，高山區年均溫度11.6度，兩區溫差達13.4度。在由河壩經下半山、上半山到高山區的行程中，要經歷熱帶、溫帶、寒帶的變化，正所謂“一山分四季，十裡不同天”。
河壩峽谷因其酷熱乾旱素稱“幹熱河谷區”，高山區因低溫降雨量大稱為“陰濕高寒區”。河壩區蒸發量大，高山區雲霧密度大、降雨豐富。境內以紅河、藤條江兩大幹流為主的水系共有支流29條，總長700余公里，水資源總量為26.9億立方米，地表為20.81億立方米，地下水6.09億立方米，可利用1.47億立方米，這些江河就是元陽所有水源的總源頭。低緯度幹熱河谷區常年出現的高溫使江河之水大量蒸發（如南沙地區最大蒸發量1995年竟達2306.5mm)。巨量水蒸汽隨著熱氣團層層上升，在高山“陰濕高寒區”受到冷氣團的冷卻和壓迫，形成元陽年均霧期180天和年均降雨量1397.6mm的狀況，這也是為什麼元陽上半山地區終年大霧籠罩，降雨極其豐富，雲海格處神奇壯麗的原因。
全縣有63958.4公頃森林，其中東西觀音山有18167.6公頃原始森林，分佈各山各嶺的原始和次生林森林尚有45790.8公頃，這些森林構成了巨大的天然綠色水庫，它們涵養的巨量水份在高山上形成了無數條小溪、清泉、瀑布和龍潭，提供了全縣所有梯田、旱地用水和全部人畜用水。可謂“山有多高，水有多高”。
元陽縣共居一山的七個民族大致說來是按海拔高低分層而居的，海拔144米到600米的河壩區，多為傣族居住；600米到1000米的峽谷區，多為壯族居住；1000米到1400米的下半山區，多為彝族居住；1400米到2000米的上半山，多為哈尼族居住；2000米以上的高山區，多為苗、瑤族居住；漢族多居住在城鎮和公路沿線。哈尼族居住的上半山，氣候溫和，雨量充沛，年均氣溫在15度左右，全年日照1670小時，非常適宜水稻生長，故哈尼族先民自隋唐之際進入此地區就已開墾梯田種植水稻，在此1200多年間，哈尼族傾注了數十代人的心力，發揮了驚人的智慧和勇毅墾殖梯田。同時，哈尼族等民族還發揮了巨大的天才各創造力，在大山上挖築了成百上千條水溝幹渠，已建成骨幹溝渠4653條，其中，灌溉面積達50畝以上的有662條。條條溝渠如銀色的腰帶，將座座大山緊緊纏繞，大大小小溝箐中流下的山水被悉數截入溝內，這樣就解決了梯田稻作的命脈——水利問題。哈尼族以數十代人畢生心力，墾殖了成千上萬梯田，將溝水分渠引入田中進行灌溉，因山水四季長流，梯田中可長年飽水，保證了稻穀的發育生長和豐收。哈尼族墾殖梯田的想像力令人驚絕，其隨山勢地形變化，因地制宜，坡緩地大則開墾大田，坡陡地小則開墾小田，甚至溝邊坎下石隙之中，無不奮力開田，因而梯田大者有數畝、小者僅有簸箕大，往往一坡就有成千上萬畝。這一景觀構成了千奇百態變幻莫測的天地藝術大交響樂，成為舉世矚目的梯田奇觀。