境內位於青藏高原、黃土高原、內蒙古高原交匯處，屬於青藏高原東北邊緣，海拔2040 ~ 4874米。地貌以山地為主，山川縱橫，山谷縱橫交錯，山多。烏鞘嶺，位於縣城中部，是古絲綢之路的咽喉，河西走廊的門戶，也是內陸河和外流河的分水嶺。河流分布廣泛，水資源豐富，分為石羊河水系(內陸)和黃河水系(外流)。地表水年徑流量654.38+0.24億立方米，地下水補給量4.2億立方米。
以烏鞘嶺為界，嶺南屬大陸高原季風氣候，嶺北屬溫帶大陸半幹旱氣候，年平均氣溫-8 ~ 4℃。氣候帶垂直分布十分明顯，小區域氣候復雜多變，經常發生幹旱、冰雹、洪水、霜凍、雪災等自然災害。
全縣耕地31.8萬畝，草地587萬畝，天然林286.9萬畝。主要農作物有小麥、油菜、豌豆、青稞、土豆、大麥和蔬菜。主要牲畜品種有白牦牛、叉腰馬、高山細毛羊、絨山羊、黃牛、牦牛、驢、騾等。主要樹種有雲杉、松樹、柏樹、樺樹、楊樹和其他灌木如柳樹、金梅、沙棘、杜鵑、小檗、錦雞兒等。珍貴野生動物有雪豹、石羊、雪雞、藍雉、馬鹿、麝、猞猁等。野生中草藥主要有鹿茸、麝香、黨參、黃芪、羌活、大黃、秦艽、冬蟲夏草等。礦產資源豐富，已探明的礦種有22種，礦點134處。有色金屬礦產主要有鐵、錳、鎳、銅、鉛、鋅、金、鈦、稀土等。非金屬礦產主要有煤、石膏、磷、重晶石、石灰石、石英巖、白雲石、粘土、高嶺土和油頁巖。