화원읍의 남동부는 남쪽 비슬산(琵瑟山)[1,084m]에서 북쪽으로 뻗어 내린 산줄기에 둘러싸여 있으며, 화원읍의 북서부는 낙동강(洛東江)이 흐르고 있다. 비슬산 북부 산지에서 발원한 천내천(千內川)과 명곡천(椧谷川)이 화원읍의 중심 시가지로 흘러 합류, 낙동강으로 유입된다. 또한 화원읍의 동쪽 대구광역시 달서구와의 경계에는 앞산[658m] 일대에서 발원하여 달비골로 흐르는 하천과 도원천(桃源川)이 합류한 진천천(辰泉川)이 흘러 금호강과 합류하며 낙동강으로 흘러 들어간다. 화원읍의 낙동강 변은 설화들, 구라들 등 충적 평야를 이루고 있고, 잔구성 산지인 성산(城山)이 위치하여 화원 동산이 조성되어 있으며, 화원 동산 앞으로는 낙동강의 지류인 금호강(琴湖江)이 낙동강으로 합류한다.

화원읍은 남부가 산지로 구성되어, 북서부에 시가지가 형성되어 있으며, 주요 교통로가 시가지를 동서 방향으로 가로질러 통과하고 있다.간선 도로망인 국도 5호선이 동쪽 달서구에서 화원읍내를 통과하여 서쪽 옥포읍으로 연결된다. 국도 5호선 북쪽으로 중부내륙고속국도 지선이 지나가고 있으며, 설화리에 화원 나들목[화원IC]이 위치해 있다. 중심 시가지의 북서쪽은 낙동강이 흐르고, 남동쪽은 비슬산의 북부 산록이 가로놓여 있어, 남북방향으로 교통로의 발달은 미약하다. 다만 북쪽으로는 낙동강의 사문진교를 건너 고령군 다산읍으로 통하는 도로가 건설되어 있으며, 남쪽으로는 화원읍 명곡리의 명곡천 변을 따라 이어지는 도로가 남쪽 함박산[432m] 동쪽의 기내미재를 넘어 달성군 유가읍유가사(瑜伽寺) 방면이나 논공읍 달성 제1차 산업 단지 방면으로 연결된다. 한편, 달서구 대구 수목원에서 달성군 현풍·유가 지역의 테크노폴리스를 연결하는 진입 도로가 2014년 10월 완공되었다.