Đầm Ao Châu có diện tích khoảng 300 ha mặt nước, trên diện tích khoảng 1.500 ha, xung quanh có thảm thực vật phong phú nằm trên các đồi, núi có độ cao từ 60 m đến 700 m, điển hình như Núi Ông, Núi Vần, Núi Buộm.... Nhiều đồi, núi còn tồn tại nhiều thảm thực vật tự nhiên, nhưng chủ yếu vẫn là lau, sậy, nứa, chè và các bụi cây thấp. Một số đồi được phủ bởi bạch đàn, bồ đề, thông. Sườn đồi, sườn núi thường là các nương bậc thang, bên dưới là ruộng ôm lấy chân đồi hình thành các thửa ruộng bậc thang lượn sóng, xa xa là các ruộng rộng và bằng phẳng. Với địa hình như vậy đã tạo cho Ao Châu hình thành hàng trăm ngách nước, luồn lách giữa các khu vực đồi núi làm cho cảnh trí sơn thuỷ hùng vĩ, còn mang đậm nét nguyên sơ, thuần khiết của tạo hoá. Mực nước trong hồ có độ sâu trung bình là 5,5m, nhiều nơi sâu trên 30m. Điều đặc biệt là quanh năm nước ở Ao Châu không bị cạn, mặt nước trong xanh không bị ô nhiễm, có nhiều thuỷ tộc sinh sống, trong đó có loại quý hiếm như rùa vàng, ba ba, dải... Trong hồ có rất nhiều đảo lớn nhỏ, lâu nay đã được nhân dân trong vùng trồng các loại cây ăn quả như vải, nhãn, mít, bưởi... đã khiến Ao Châu như một Hạ Long thu nhỏ.

Nằm giữa một vùng đồi thấp, đầm Ao Châu có hình dáng khá đặc biệt. Nhìn trên bản đồ, đầm giống như đầu một con Trâu có hai sừng choãi ra hai phía sông Thao và sông Lô. Đầm Ao Châu có 99 ngách, đan cài vào các đồi, núi, thu nước của 99 con suối nhỏ đổ về. Phía Đông Nam Ao Châu thông với Sông Thao bằng ngòi Lửa Việt.

Với diện tích mặt nước khoảng 300 ha, mặt đầm trải ra mênh mông, phẳng lặng. Nước đầm rất sạch và trong xanh, xung quanh đầm là những đồi cây trái xum xuê đua nhau soi bóng xuống mặt nước. Tất cả tạo nên một khung cảnh êm đềm, thơ mộng hiếm có ở vùng đồi trung du.

Nằm ở huyện miền núi phía Bắc của tỉnh Phú Thọ, khí hậu của Ao Châu mang tính chất của khí hậu miền núi Tây Bắc bộ, nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 230c. Tháng lạnh nhất là tháng 1, nhiệt độ khoảng 150c và tháng nóng nhất là tháng 6, nhiệt độ trung bình khoảng trên 280c, lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1.850mm. Nhìn chung khí hậu khu vực Ao Châu mát mẻ, dễ chịu, không xảy ra hiện tượng nhiệt độ quá thấp trong mùa đông hay thời tiết khô nóng gay gắt trong mùa hè như ở các vùng khác. Không khí trong lành thích hợp cho việc du lịch nghỉ dưỡng.

Cùng với địa hình, khí hậu, thuỷ văn; thảm thực vật ở Ao Châu góp phần tạo nên phong cảnh sơn thuỷ hữu tình. Mỗi loại thảm thực vật ở Ao Châu lại tạo nên phong cảnh với nét đặt trưng riêng, hết sức độc đáo như: phong cảnh làng quê Việt nam, thảm thực vật trên núi đá vôi, các quần xã thuỷ sinh... . Chính vì những nét đẹp đó, Ao Châu có điều kiện thuận lợi để phát triển thành khu du lịch sinh thái có khả năng hấp dẫn nhiều đối tượng du khách với các loại hình du lịch chủ yếu như: Nghỉ dưỡng, bơi thuyền, câu cá, leo núi, hái lượm,....