Astana liegt in einer großräumigen Steppenlandschaft im Übergangsbereich zwischen dem russisch geprägten Norden Kasachstans und dem extrem dünn besiedelten Landeszentrum am Fluss Ischim. Die älteren Stadtviertel liegen nördlich des Flusses, während die neuen Stadtviertel vor allem südlich des Ischim angelegt wurden.
Astana gilt klimatisch nach Ulaanbaatar als die zweitkälteste Hauptstadt der Welt; sie wird von Kontinentalklima geprägt. Die Winde aus Nordsibirien gelangen in den Wintermonaten aufgrund fehlender geografischer Barrieren nahezu ungebremst nach Nord- und Zentralkasachstan. Die winterliche Durchschnittstemperatur beträgt ca. −15 Grad Celsius mit vereinzelten Nachtfrösten bis −40 Grad Celsius. Das absolute Temperaturminimum liegt bei −52 Grad Celsius. Dagegen sind Spitzentemperaturen im Sommer von über 35 Grad Celsius üblich.
Nachdem Kasachstan mit dem Zusammenbruch der UdSSR seine Unabhängigkeit erlangt hatte, wurden die Stadt und ihre Region 1992 nach dem ursprünglichen Namen in Aqmola umbenannt und 1994 als zukünftige Hauptstadt nominiert. Nach der Verlegung der Hauptstadt von Almaty nach Aqmola am 10. Dezember 1997 wurde die Stadt am 6. Mai 1998 abermals umbenannt und erhielt ihren heutigen Namen. Seit Astana als Hauptstadt fungiert, erlebt die Stadt ein starkes Wirtschaftswachstum. Damit einhergehend sind ein starkes Bevölkerungswachstum und eine hohe Bautätigkeit.
Zwei große Fußballvereine (FK Astana-64, FK Astana), die Eishockeymannschaft Barys Astana, das Radsportteam Astana, die Basketballmannschaft BK Astana sind in Astana beheimatet. Seit 2011 existiert auch ein Rally Team Astana, das bei der Dakar Rally 2012 in der Klasse der Trucks den dritten Platz belegte.