Địa hình xã Chiềng Cọ phức tạp, mang đặc trưng của vùng núi Tây Bắc, bị chia cắt mạnh bởi các dãy núi cao và hệ thống các khe, suối. Tổng diện tích tự nhiên của xã theo địa giới hành chính là 3.955,6 ha.
Đặc điểm địa hình xã có thể chia làm 02 dạng chính: Địa hình núi cao, có độ cao từ 900 - 1000 m so với mực nước biển, phân bố ở các khu vực như bản Chiềng Yên, Ót Luông, bản Dầu. Dạng địa hình đồi núi trung bình có độ cao từ 700 - 900 m, phân bố ở các khu vực bản Ót Luông, Ót Nọi, bản Dầu và dọc quốc lộ 6.
Khí hậu khu vực xã Chiềng Cọ chia làm 2 mùa rõ rệt: mùa hè (từ tháng 4 đến tháng 9, tập trung vào các tháng 6, 7, 8 chiếm 80% lượng mưa cả năm), nóng ẩm, mưa nhiều (mùa mưa), mùa đông lạnh, khô từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau. Nhiệt độ trung bình là 210c; độ ẩm trung bình là 80%. Hướng gió theo 2 hướng chính, gió Tây Nam kéo dài từ tháng 5 đến tháng 10, gió Đông Nam từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau.
Thủy văn, có suối chính chảy qua các địa bàn bản Dầu, Ót Luông, Ót Nọi, bản Hôm và nhánh suối (nhỏ) chảy qua địa bàn bản Ót Luông.
Tài nguyên đất, theo bản đồ tỷ lệ 1: 100.000, trên địa bàn xã có các loại đất chính sau: Đất mầu đỏ trên đá mác ma trung tính và ba zơ có diện tích khoảng 1.106 ha, chiếm 28% tổng diện tích tự nhiên của xã. Đất Feralit mùn vàng nhạt trên đá cát có diện tích khoảng 990 ha chiếm 25% tổng diện tích tự nhiên. Đất Feralit mùn vàng trên đá mác ma a xít có khoảng 870 ha, chiếm 14% tổng diện tích. Đất Feralit mùn đỏ vàng trên đá biến chất có diện tích khoảng 554 ha, chiếm 14 % tổng diện tích của xã. Đất khác, núi đá có 435,6 ha, chiếm 11% tổng diện tích.
Tài nguyên nước được lưu giữ ở các suối, ao, hồ như suối Ót Dầu, suối Ót Luông, hồ bản Muông, ao bản Hôm…với tổng diện tích là 63,73 ha. Nguồn nước ngầm chưa được khảo sát.
Tài nguyên rừng. Với Chiềng Cọ tài nguyên rừng khá phong phú, đa dạng, có ý nghĩa lớn đối với đời sống của nhân dân Chiềng Cọ. Tổng diện tích có 1.845,85 ha, trong đó đất có rừng là 983,23 ha chiếm 53,24% diện tích đất lâm nghiệp (trong đó 344,6 ha là đất có rừng sản xuất, 638,63 ha là đất có rừng phòng hộ). Đất khoanh nuôi và trồng rừng là 863,62 ha, chiếm 46,76% diện tích đất lâm nghiệp. Hiện nay, các loại gỗ quý, rừng già, động vật hoang dã, nói chung hệ động, thực vật do con người khai thác đã trở nên nghèo kiệt.
Tài nguyên nhân văn. Xã Chiềng Cọ có 02 dân tộc chính sinh sống, đó là dân tộc Thái và dân tộc Kinh, trong đó dân tộc Thái chiếm đa số, 94,3% tổng số dân toàn xã. Dân tộc kinh - chủ yếu từ tỉnh Hưng Yên (cũ) lên Chiềng Cọ khai hoang xây dựng vùng kinh tế mới từ những năm 1960 và tiếp tục được bổ sung trong những năm tiếp theo. Đến năm 2010, xã Chiềng Cọ có 3 thành phần dân tộc (Thái, Kinh, Tày). Dưới sự lãnh đạo của Đảng ủy, chính quyền xã, các dân tộc luôn đoàn kết, phát huy tốt truyền thống cần cù lao động, xây dựng và bảo vệ quê hương phát triển.
Tiềm năng tự nhiên xã Chiềng Cọ phong phú, đặc biệt thuận lợi cho phát triển kinh tế nông, lâm nghiệp.