Il territorio del Comune di Sìnnai si estende per 22.338 ettari (223,38 Kmq ) a partire dal margine orientale del Campidano di Cagliari ed abbraccia gran parte dei primi rilievi collinari dei versanti occidentali del massiccio del Serpeddì - Sette Fratelli, sul quale, prevalentemente, si sviluppa. Il territorio comunale comprende l'isola amministrativa di Solanas - Genn'e Mari che si protende dalla costa ai versanti del Monte Minniminni con il quale la catena dei Sette Fratelli ha termine verso la costa meridionale.
Altre frazioni si sono sviluppate a valle del borgo storico di San Gregorio e nei terreni dell'antica tenuta di Tasonis, lungo le direttrici del Riu Longu e del Rio Corongiu, ai piedi delle montagne del Serpeddì.
I confini del vasto territorio comunale sono condivisi con Maracalagonis (per il tratto più lungo), Quartucciu (per il tratto più corto), Settimo San Pietro, Soleminis, Dolianova, Villasalto, Burcei, San Vito, Castiadas e, attraverso l'isola amministrativa di Solanas, ancora con Maracalagonis e con Villasimius.
L'altitudine del centro residenziale è storicamente fissata a 133 metri sul livello del mare, in relazione al punto di riferimento assunto presso il vecchio municipio. Il recente sviluppo urbano nelle zone collinari ha determinato un aumento del valore medio e, soprattutto, della differenza di quota tra diversi quartieri che giunge a superare i cinquanta metri.
Il territorio si presenta prevalentemente montano e comprende i principali rilievi della Sardegna Sud - Orientale: Punta Serpeddì (Zerpedderi), ed i vicini rilievi di Serpeddìeddu, Niu Crobu e Tronu. Punta "Sa Ceraxa" dei Sette Fratelli; Mont'e Xena o Mont'e Genna (Monte Genis in italiano); Tratzalis; Monti Eccas; Mont'Arbu; e, a Solanas, Mont'e Maria e Su Casteddu.
Nella montagna hanno origine importanti corsi d'acqua, tutti a carattere torrenziale. Scendono dal massiccio del Serpeddì: Rii Masoni Scusa e Pruna - (Santu Barzolu), il cui sbarramento a valle forma i due laghi artificiali di Santu Barzolu; Rii Garappiu - Corr'e Cerbu e Bau Filixi, il cui sbarramento da luogo ai due laghi artificiali di Corongiu; Riu Ollastu; Riu Brabaisu - Musui; Riu Funtana Meu; Riu Cirronis - Mela. Scorrono dai Sette Fratelli: Riu Longu - Is Candelazzus; Riu Maidopis - Acqueddas; Riu Mont'e Cresia; Riu Sa Ceraxa - Su Sciùscìu; Riu Solanas; Riu Gavoi.
Le foreste, in gran parte demaniali, coprono una parte ancora esigua del territorio montano e collinare. Le principali sono: Foresta Campidano - Mont'Arrubiu dell'A.F.D., formata da residui di lecceta e di macchia integrati con impianti di conifere di cui il più antico, al confine dell'abitato di Sinnai, risale al 1902; Foresta di Cirronis, lecceta del Comune di Sìnnai che collega la macchia di Santu Barzolu alla foresta di Mont'Arrubiu; Foresta di Tuviois, appartenente all'omonima cussorgia è ricca di secolari lecci, olivastri e filliree; Foreste di Serpeddì (Garappiu, Musui, Forra, Burranca), boschi di leccio, sughera e fillirea e macchia - foresta; Foresta di Corr'e Cerbu, lecceta e macchia - foresta, cui s'affiancano più o meno recenti impianti di conifere e, nella parte bassa, una riforestazione ad eucaliptus; Bacini del Santu Barzolu e di Corongiu, macchia - foresta molto fitta con lecci, filliree, ginepri, carrubi, olivastri, mirti e lentischi; sono presenti i resti di tentativi di forestazione con impianti di conifere; Foreste di San Gregorio e di Figu Niedda, lecci, sughere e macchia - foresta con le varie essenze mediterranee; Foreste dei Sette Fratelli, sono le più estese e le più importanti e conosciute della Sardegna Sud Orientale, vi prevalgono le fustaie di lecceta e sughereta, con importanti presenze di macchia - foresta e di esemplari di fillirea e resti di antichi impianti di conifere. La vegetazione riparia offre la presenza dell'ontano nero e dei salici ed oleandri; macchia mediterranea della zona costiera, ricopre i versanti più impervi dei rilievi che contornano le vallate di Solanas e di Is Tellas - Seddas de Misa.
L'ambiente naturale dell'olivastro, del ginepro (juniperus phoenicea e juniperus oxycedrus), del carrubo e del lentisco nelle aree più prossime al mare, si completa, più verso l'interno, con il leccio e la fillirea che prevarranno nelle foreste di Mont'e Pauli e di Minniminni. Nei fondo valle si sviluppano, accompagnando il corso dei torrenti fino alla foce, le formazioni dell'oleandro e della tamerice.
L'estesa parte montana e collinare non coperta dalle foreste e dalla macchia presenta una situazione di grave degrado, creata dai tagli e dagli incendi, che offre risorse sempre più scarse al tradizionale uso a pascolo.
La fauna naturale che conserva l'habitat nei boschi e nella macchia mediterranea è particolarmente varia.
Tra i mammiferi sono presenti il riccio, la lepre sarda, il coniglio selvatico, il ratto bruno, il quercino ed il topo selvatico, la volpe, la donnola, il gatto selvatico, la martora, il cinghiale ed il cervo sardo.
La popolazione degli uccelli comprende l'astore sardo, lo sparviero corso, l'aquila reale, il grillaio, il gheppio, il falco pellegrino, la pernice sarda, il piccione selvatico ed il colombaccio, la tortora, il cuculo, il barbagianni, l'assiolo, la civetta, il succhiacapre, il rondone maggiore, il gruccione, l'upupa, il picchio rosso maggiore e minore, l'allodola, il pettirosso, l'usignolo, la cincia, l'averla, la ghiandaia la cornacchia grigia ed il corvo imperiale, lo storno nero, la passera sarda, il fringuello, il verdone ed il cardellino.
Tra gli anfibi si ricordano l'euprotto sardo ed il discoglosso, il rospo smeraldino, il geotritone imperiale e la raganella sarda; mentre tra i rettili si ritrovano la testuggine d'acqua e quella comune, l'emidattilo turco, il tarantolino e la tarantola mauritanica, l'algiroide nano, la lucertola di bedriaga, la lucertola campestre e quella tirrenica, la luscengola, il gongillo ocellato, il biacco e la biscia viperina.
Il clima è determinato dalla posizione geografica e fortemente condizionato dalla vicinanza al mare.
Si presenta particolarmente mite nella gran parte dell'anno, con temperatura media compresa tra i 18 ed i 20 gradi della scala centigrada Celsius, ed escursioni stagionali che non vanno oltre il minimo di 0° C ed il massimo di 36° C.
Domina la siccità, con piogge incostanti concentrate nell'autunno e nella tarda primavera: la piovosità fa registrare un dato pluviometrico nelle aree di interesse agricolo non superiore ai 500 mm d'acqua caduta in un anno. Valori di poco più elevati si registrano nelle stazioni montane.
La neve è rara (e cade quasi esclusivamente sui rilievi montani), come la brina e la nebbia; è invece normalmente presente l'umidità della rugiada notturna.
Il vento dominante è il maestrale (bentu estu), fresco ed asciutto, con sporadici inserimenti della tramontana. Sono presenti anche il levante (bent'e soli) e, con frequenza e durata minore, lo scirocco (bent'e mari), entrambi portatori di umidità e di pioggia.