武威市地處甘肅省中部、河西走廊東端，是絲綢之路自東而西進入河西走廊和新疆的東大門。位於北緯36°29′～39°27′，東經101°49′～104°16′之間，東靠白銀市、蘭州市，南部隔祁連山與青海省為鄰，西與張掖市、金昌市接壤，北與內蒙古自治區相連。東南距省城蘭州市276公裏，西北距鎳都金昌市74公裏。南北長326公裏，東西寬204公裏，總面積33238平方公裏。 武威地勢南高北低，相對高差3854米，形成明顯的三個地理帶：
壹、南部祁連山區：約9千多平方公裏，海拔2000米～4872米，高寒陰濕，4000米以上終年積雪，4000米以下有森林、草原覆蓋，年降水量310毫米～522毫米之間，平均氣溫零度以下，無明顯夏季。以烏鞘嶺為分水嶺，形成黃河流域和石羊河流域兩個水系。黃河流域的大通河、金強河缺少調蓄工程，河水絕大部分流出境外。
境內主要利用的是石羊河流域的西營河、南營河、雜木河、黃羊河、大靖河、古浪河的水資源。這六條河年徑流量總計11.44億立方米，是武威綠洲賴以生存的重要保障。
二、中部綠洲灌溉區：近9千平方公裏，屬溫帶幹旱區。冬春季多風、夏季炎熱。夏季氣溫在24.2℃～36℃之間，晝夜溫差較大。全年日照3000小時，降水量102毫米～200毫米，蒸發量2000毫米以上。
三、北部幹旱區：約1.5萬平方公裏，幹旱缺水，年降水量52毫米～185毫米，蒸發量3000毫米。氣候總體表現為：太陽輻射強，日照充足，夏季短而炎熱，冬季長而嚴寒，春秋季表現不明顯，年、日溫差較大，降水少，蒸發量大。