Территория заказника расположена на поверхности низменной равнины, образованной древней волжской поймой и осложненной поймами низовий впадающих в Волгу рек. Общая высота поверхности от 110 м в бортовой части низины до 87 м в центральной, наиболее пониженной. Ровный и плоский рельеф поверхности местами нарушен прирусловыми валами, староречьями и котловинами пойменных озер.
Преобладают почвенные комплексы с сочетанием дерново-глеевых и торфяно-глеевых почв, а также аллювиальных зернистых глеевых почв вблизи русел рек на озерных суглинках и речном супесчано-суглинистом аллювии.
В пределах заказника располагаются низовья рек Соти, Касти и Вопши, впадающих в Костромские разливы. Средняя глубина русел указанных водотоков – 3-5 (Вопша, Касть) и 8 (Соть) м, преобладающий русловой процесс – свободное меандрирование; разливы в пределах территории заказника имеют среднюю глубину около 3 м, лишь на месте бывших озер и русел подтопленных рек – 8-10 м. Гидрологический режим Костромских разливов зависит от пропусков воды на Горьковской ГЭС и подвержен сезонным и среднемноголетним колебаниям амплитудой 1-2м.
Умеренно-континентальный, среднегодовая температура +2,9 Со, средняя температура июля +15,2 Со, средняя температура января -11,4 Со, продолжительность вегетационного периода 150 дней, среднегодовое количество осадков – 593 мм, продолжительность снегового покрова – 150-160 дней, наибольшей мощности достигает в феврале-марте – 49-50-см, в течение года преобладают ветры юго-западного и западного направлений.