Ubicado en el altiplano central mexicano a 2 480 metros sobre el nivel del mar, el municipio de Muñoz de Domingo Arenas, esta situado en un eje de coordenadas geográficas entre los 19 grados 28 minutos latitud norte y 98 grados 12 minutos longitud oeste.
Localizado al norte del estado, el municipio de Muñoz de Domingo Arenas colinda al norte con los municipios de Atlangatepec y Tlaxco, al sur colinda con Xaltocan y San Lucas Tecopilco, al oriente se establecen linderos con los municipios de Tetla de la Solidaridad, Apizaco y Yauhquemecan; asimismo al poniente colinda con los municipios San Lucas Tecopilco, Hueyotlipan y Xaltocan.
De acuerdo con la información geoestadística del Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática, el municipio de Muñoz de Domingo Arenas comprende una superficie de 36.34 km2, lo que representa el 0.90 % del total del territorio estatal, el cual asciende a 3,991.14 kilómetros cuadrados.
Se presentan en el municipio tres formas características de relieve: Zonas planas, que comprenden el 10.0 por ciento y se localizan en la cabecera municipal. Zonas semiplanas, que integran aproximadamente el 70.0 por ciento de la superficie y se localizan en todo el municipio. Zonas accidentada, que abarcan aproximadamente el 20.0 por ciento de la superficie total y se localizan en las localidades de Chipila, Cuamatzingo y Guadalupe.
Los recursos hidrográficos del municipio se integran con el río Zahuapan, que cruza el municipio de noroeste a sudoeste en los límites con el municipio de Xaltocan, un arroyo con caudal sólo durante la época de lluvias, mantos freáticos a 20 metros de profundidad. Por lo que respecta a bordos se encuentra el de La Virgen, El Melocochero y la presa El Centenario, la laguna de Zacatepec y pozos para extracción de agua potable.
En el municipio el clima se considera templado subhúmedo, con régimen de lluvias en los meses de julio a septiembre. Los meses más calurosos son abril y mayo.
La dirección de los vientos en general es de norte a sur, igualmente la temperatura promedio máxima anual registrada es de 22.6 grados centígrados y la mínima de 4.7 grados centígrados. La precipitación promedio mensual máxima registrada es de 156.5 milímetros y la mínima de 8.1 milímetros.
Los componen sus tierras de cultivo agricola y pastos para la cria de ganado.
Por su ubicación geográfica y clima, corresponde al municipio una vegetación compuesta principalmente por bosque de junípero, el cual en la mayoría de los casos se encuentra fuertemente perturbado o bien ha sido desplazado por la agricultura. La especie dominante es el sabino (Juniperus deppena) y cuando la densidad del arbolado es baja, se asocian otras especies de árboles, arbustos y hierbas como por ejemplo: el pirul (Schinus molle), el tepozán (Buddleia cordata), la uña de gato (Mimosa biuncifera), el chicalote blanco (Argemone platyceras), la lengua de vaca (Reseda luteola L.), el maguey pulquero (Agave salmiana), varias especies de nopales (Opuntia spp.), la gobernadora (Brickelia veronicifolia), el abrojo (Adolphia infesta) y el capulín (Prunus serotina), así como el zacate lobero (Lycurus pleoides). Es muy común encontrar este bosque, asociado a elementos propios del matorral xerófito y bosque de encino.
En la rivera del río Zahuapan, está representada la vegetación de galería, constituida principalmente por ailes (Alnus acuminata), sauce (Salix bonplandiana), fresno, (Fraxinus uhdei) y álamo blanco (Populus alba). En la flora urbana y suburbana se identifican árboles como cedro blanco, trueno, casuarina y eucalipto.
No obstante el crecimiento y expansión de la mancha urbana, en el territorio del municipio, todavía es común encontrar algún tipo de fauna silvestre como por ejemplo el conejo (Silvilagus floridanus), liebre (Lepus californicus), tlacuache (Didelphys marsupialis), zorrillo y diversos roedores; aves como el zopilote (Coragyps atratus), gavilán (Falco sparverius) y otras variedades de pájaros.
De acuerdo con la acuciosa investigación del Dr. Gerd Werner, publicada en su libro titulado Los Suelos en el Estado de Tlaxcala , editado por la Universidad Autónoma de Tlaxcala y el gobierno de Tlaxcala, existen en el territorio del estado suelos tipo cambisoles, litosoles, andosoles, regosoles, gleysoles, fluvisoles, vertisoles, solonchaks, ranker, rendzinas, serosoles e histosoles. Resultado de este análisis, se determinó que en el territorio del municipio Muñoz de Domingo Arenas existen dos grandes tipos de suelos: los cambisoles y fluvisoles. Corresponden a los cambisoles aquellos suelos de sedimentos piroclásticos translocados, con frecuencia con horizontes duripan ó tepetate. Los suelos fluvisoles, comprenden sedimentos aluviales poco desarrollados y profundos.
Las unidades de producción rural en el municipio de Muñoz de Domingo Arenas ocupan una superficie de 4,715 hectáreas, que representan el 2.0 % de la superficie total del estado. De tal extensión, 4,605 hectáreas, el 97.7 % constituyen la superficie de labor, o sea las tierras dedicadas a cultivos anuales o de ciclo corto, frutales y plantaciones. En pastos naturales había un total de 85 hectáreas dedicadas a la ganadería, y las 25 hectáreas restantes no tenían vegetación.