अस्ताना उत्तर-मध्य कज़ाख़स्तान में इशिम नदी के किनारे बसा हुआ है। इसके आसपास का इलाका एक शुष्क स्तेपी क्षेत्र है। शहर के पुराने मोहल्ले नदी से उत्तर में और नए मोहल्ले नदी से दक्षिण में स्थित है। स्तेपी का यह इलाका सर्दियों में बहुत ठंडा हो जाता है और मंगोलिया की राजधानी उलानबातर के बाद अस्ताना दुनिया की दूसरा सर्वाधिक ठंडी राजधानी है। यहाँ सर्दियों में तापमान अक्सर −४० °सेंटीग्रेड तक गिर जाता है। जुलाई में तापमान ४० °सेंटीग्रेड तक चढ़ जाता है, यानि काफ़ी गर्मी भी पड़ती है।

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