Địa hình xã Duy Xuyên đa dạng, vùng núi cao phân bố chủ yếu ở phía Nam và Tây Nam, thuận lợi cho phát triển lâm nghiệp và sinh thái; vùng đồng bằng, trung du thấp dần về phía Bắc và Đông Bắc, là khu vực tập trung dân cư, hạ tầng và hoạt động sản xuất.
Xã nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, với nhiệt độ trung bình năm 25,6°C, lượng mưa trung bình 2.173 mm/năm, độ ẩm trung bình 82%. Thời tiết nhìn chung thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp, song vào các tháng 9–11 thường chịu ảnh hưởng của bão, mưa lớn, tiềm ẩn nguy cơ lũ lụt.

Những năm qua, cơ cấu kinh tế của xã Duy Xuyên từng bước chuyển dịch theo hướng tăng dần tỷ trọng công nghiệp – tiểu thủ công nghiệp và thương mại – dịch vụ, giảm dần tỷ trọng nông nghiệp truyền thống. Trên địa bàn xã đã hình thành các khu, cụm sản xuất và nhiều cơ sở công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, tạo việc làm và thu nhập ổn định cho người lao động địa phương.
Bên cạnh đó, xã có nhiều di tích lịch sử, văn hóa và danh lam thắng cảnh như Cánh đồng Sen Trà Lý, Dinh Bà Chiêm Sơn, các lăng mộ và di tích khảo cổ…, là nền tảng quan trọng để phát triển du lịch văn hóa – lịch sử, du lịch sinh thái gắn với phát triển kinh tế địa phương.