Nadleśnictwo Antonin położone jest w całości na terenie województwa wielkopolskiego w powiatach: ostrowskim i ostrzeszowskim na obszarze pięciu gmin: Mikstat, Odolanów, Ostrzeszów, Przygodzice i Sośnie.

Lasy Nadleśnictwa Antonin położone są w większości na terenie malowniczej doliny Baryczy w obszarze Kotliny Odolanowskiej (Kotliny Milickiej), jedynie część lasów rozciąga się we wschodnim pasie Wału Trzebnickiego (w rejonie Wzgórz Ostrzeszowskich i Twardogórskich). Zgodnie z rejonizacją przyrodniczo-leśną większość lasów położona jest w dzielnicy Kotliny Żmigrodzko-Grabowskiej (Kraina Wielkopolsko-Pomorska), a tylko niewielkie fragmenty leżą w mezoregionie Wzgórz Trzebnicko-Ostrzeszowskich (Kraina Śląska). Utwory geologiczne, gleby i wreszcie rzeźba terenu zostały ukształtowane przez zlodowacenie środkowopolskie (stadiał Warty), dzięki czemu na terenie nadleśnictwa występują głównie gleby bielicowe, a także gleby murszowe, brunatne i rdzawe. Teren nadleśnictwa rozciąga się przede wszystkim na terenie Równin Czarnoleskiej i częściowo Kuźnickiej, a różnica w wysokości nad poziom morza wynosi ponad 85 m (od 117 m npm w okolicach Możdżanowa do 199 m npm wzgórze Winna Góra w pobliżu Cieszyna). W kotlinie wyróżnić można terasę zalewową zajętą głównie przez wody i łąki oraz terasę akumulacyjną. Terasę akumulacyjną zajętą przeważnie przez lasy urozmaicają wydmy. Wydmy w kształcie kemów i ozów sięgają wysokości bezwzględnej 140–150 m npm i 10–15 m wysokości względnej.

Pod względem hydrograficznym opisywany obszar położony jest w lewobrzeżnej części zlewni rzeki Barycz, należącej do dorzecza Odry. Na zlewnię rzeki Barycz składa się wiele potoków (np. Roguszna), stumieni (Goszczyński, Helenowski, Niedźwiedzki) i rzek (Olszówka, Strzegowa), ale także rowów melioracyjnych i kanałów. Dawniej wzdłuż licznych cieków budowano tutaj wiele młynów wodnych i foluszy, a niektóre z nich przetrwały jeszcze do 20. wieku, np. w Antoninie, Mojej Woli czy Kociembie. Obszar nadleśnictwa położony jest w obszarze strefy bezjeziornej, ale już od 14.–15. wieku budowano duże stawy w oparciu o istniejące wały wydmowe (np. stawy Trzcielin, Dębnica), a także mniejsze, których usytuowanie w terenie tworzyło tzw. system paciorkowy. Taki system tworzyło np. 6 stawów leśnych koło osady Strugi, z których obecnie istnieją tylko Goszczyn, Piec Dolny i Górecznik. Duży wpływ na gospodarkę wodną opisywanego obszaru mają zespoły stawów hodowlanych koło Przygodzic i Możdżanowa.