Основной причиной бурного роста и блестящего расцвета древнего Устюга послужило чрезвычайно выгодное его географическое положение на важнейших водных путях Северного края. Здесь главные реки Заволочья — Сухона и Юг соединились, «сдвинулись» и дали начало Малой Северной Двине, открывающей выход в «великое море — океан».
Вся история Устюга связана с Сухоной — одной из красивейших рек русского Севера. То спокойная и величественная, то бурная и стремительная, река эта необычайно переменчива и капризна. Весной, как у всех северных рек, верховья Сухоны вскрываются раньше, чем устье, что становится основной причиной ледяных заторов и наводнений. Особенно часто весенние заторы образуются при слиянии Сухоны и Юга, где обе реки устремляют воды в зажатое островами русло Малой Северной Двины. В связи с этим в поисках выхода Сухона в районе Устюга трижды меняла свое направление. Наиболее древнее русло реки проходило близ отрогов Красной горы, а место его вплоть до наших дней отмечено многочисленными старицами и болотами. В IX—X вв. река образовала крутую излучину и повернула на юг, где на высокой горе возник древний город Гледен. В начале XIX в. Сухона в третий раз изменила направление: значительно спрямив свое русло, река прорвалась к Двине и, отойдя от Гледена, берега которого она подмывала в течение нескольких столетий, оставила за собой широкую заболоченную пойму. Но и это не успокоило реку. Ежегодно во время весенних паводков Сухона продолжает обрушивать на город массы воды и льда, а устюжская летопись пестрит сообщениями о страшных наводнениях. Лишь с середины XIX в., в связи с сооружением земляной дамбы между 1-й и 2-й частями города и строительством укреплений городской набережной, удалось несколько отрегулировать весенний режим Сухоны.
Великий Устюг расположен на территории Северо-Двинской долины, которая тянется вдоль Сухоны и Северной Двины, а в районе Устюга расширяется и приобретает характер обширной, значительно заболоченной поймы. Северные Увалы, представляющие собой часть древней «страны волоков», ограничивают эту долину с юго-востока и при слиянии Сухоны с Югом образуют знаменитую древнюю гору Гледен. С северо-запада к городу подступают отроги возвышенного плато Сухонского Заволочья, которые сходят к реке резко очерченными широкими террасами. I нижнюю террасу образуют «бечевник» и низкие, пойменные луга; на II террасе расположена современная юго-восточная часть города (2-я часть), а высота ее составляет 2—4 м над уровнем реки и во время весенних паводков частично затопляется водой; центральный район города (1-я часть) занимает территорию III террасы, которая возвышается на 10—12 м и никогда не подвергается затоплению, и, наконец, IV терраса (Красная гора) имеет высоту от 20 до 30 м. Она ограничивает с севера основную часть города, а выше по течению реки приближается к самому берегу, достигая в районе Гребешка наибольшей в окрестностях Устюга высоты — 57 м. Глубинную часть этого плато занимает обширное верховое Трепагино (Богородское) болото, которое служит источником многочисленных ручьев, образующих у подножия Красной горы систему болот и мелких озер. Сток из них осуществляется в Сухону большим ручьем, получившим в XVII в. название Немчинова. Этот ручей протекает по дну обширного оврага и, разграничивая основные террасы, играет роль естественной границы между 1-й и 2-й частями города.
Особенности природного ландшафта всегда играли определяющую роль в формировании структуры древнерусских городов. Поскольку города закладывали, как правило, на высоких берегах рек, постольку анализ форм естественного рельефа и начертания русел рек и ручьев нередко дает ключи к разгадке вопросов древнейшего освоения территории.
Так, можно предполагать, что первоначальное расселение началось здесь с высоких отрогов Красной горы, которые омывались водами Сухоны. Изменение русла реки в IX—X вв. создало условия для преимущественного развития Гледена.
Освоение территории Устюга началось с наиболее благоприятной по своим природным условиям III террасы берегового рельефа. При этом можно предполагать, что ландшафтными особенностями объясняется и древнее название места основания Устюга «Черный Прилук», поскольку дремучие «черные» боровые леса подступали к самой излучине «луке» Сухоны. Вместе с тем весьма вероятной является и гипотеза М. П. Кудрявцева, который трактует название «черный» в распространенном на Руси смысле: «зависимый», что свидетельствует о зависимости Устюга на раннем этапе развития от более могущественного Гледена.
Основное богатство русского Севера, начиная с раннего периода его освоения и вплоть до наших дней, составляет лес. Дремучие боровые леса простирались на сотни километров, покрывая всю территорию Северного края, поэтому для Устюга дерево было тем основным местным материалом, который нашел самое широкое применение как в хозяйственной, так и в художественной жизни города. Вплоть до середины XVII в. дерево служило здесь главным и единственным строительным материалом. Из дерева выполнялись также предметы домашнего обихода и прекрасные произведения изобразительного, прикладного и декоративного искусства. На освобожденных из-под леса территориях создавались благоприятные почвенные условия для произрастания льна. Поэтому лен уже с древнейших времен стал для Устюга одной из основных сельскохозяйственных культур, на базе которой широкое развитие получило здесь льнопрядильно-ткацкое производство.
Важнейший местный материал также красная глина, залежи которой находятся как в пределах города, так и в его окрестностях. Уже в глубокой древности в Устюге развивается гончарное дело. Но особенно широкое использование устюжские глины получили в XVII в., когда здесь было основано производство кирпича и архитектурной облицовочной керамики, которые постепенно сменили дерево и с середины столетия стали основным строительным и декоративным материалом. В районе Опок на базе местных материалов уже в древности было основано производство извести, получившей широкое применение в строительстве устюжских кирпичных зданий XVII—XVIII вв.
В XVI в., после включения всего Северного края в состав централизованного Русского государства, были созданы благоприятные условия для установления постоянных и прочных связей Устюга с близлежащими районами. С этого времени в город, не имеющий собственных запасов строительного камня, начинают завозить с берегов Сухоны, Ерги, Уфтюги, Стрельни и Юга песчаник и известняк. Берега Северной Двины, и особенно бассейн Вычегды и Сысолы, были богаты железными рудами, первичный продукт обработки которых — «кричное железо» — также в изобилии начинает поступать на устюжский рынок, благодаря чему здесь была создана сырьевая база и для металлообрабатывающей промышленности. Таким образом, уже в XVI—XVII вв. Великий Устюг был обеспечен всеми материалами, необходимыми для всестороннего хозяйственного и художественного развития города.