位于青海省東北部，東經(jīng)98°5-102°41，北緯36°44-39°5。東南與西寧市的大通縣、海東地區(qū)的互助、湟中、湟源縣接壤；西與海西蒙古族藏族自大治州的天峻縣毗連；南與海南藏族自治州的共和縣隔湖相望；東北與甘肅省的天祝、山丹、民樂(lè)、永昌、張掖、肅南等市、縣毗鄰。

海北州山脈縱橫，祁連山及其支脈由西北向東橫貫州境。河流眾多，大小河流140余條，地勢(shì)由西北向傾斜，平均海撥3100米，最高點(diǎn)位于托勒南山二過(guò)龍主峰，海撥5287米。最低點(diǎn)位于祁連縣潘家河大子龍南500米處，海撥2180米，相對(duì)高差3107米。海撥3000米以上的高原面積約占全州總面積85％， 屬高原大陸性氣候。 全年日照時(shí)數(shù)在2440-3140小時(shí)。年降水量300-500毫米，且集中在7、8月份， 雨熱同季， 無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期。土壤以高山草甸土和山地草甸土為主，兼有黑鈣土、栗鈣土、灰褐土等，有機(jī)質(zhì)含量豐富，有利于農(nóng)作物和牧草的生長(zhǎng)。