武威位于东经101°49〞～104°16〞，北纬36°29〞～39°27〞。地处甘肃省西部，河西走廊东端，东靠白银市、兰州市，南部与青海省为邻，西与张掖市、金昌市接壤，北与内蒙古自治区相连。辖区东西最大距离204千米，南北最大距离326千米，总面积32347平方千米。其中陆地31966平方千米，占98.8%，水域381平方千米，占1.2%。地处黄土高原、青藏高原和蒙新高原三大高原交汇地带，地势呈西高东低，局部地形复杂。地形可分为三带。南部祁连山区，海拔在2100米～4800米之间，山脉大致呈西北～东南走向，气候冷凉，降水丰富，有利于林业和畜牧业的发展。中部平原绿洲区，海拔1450米～2100米之间，地势平坦，土地肥沃，是全省和全国重要的粮、油、瓜果、蔬菜生产基地。北部荒漠区，海拔1300米左右，干旱少雨，日照充足，是沙生植物、名贵药材的主要产地。境内最高峰天祝冷龙岭主峰咔哇掌位于县境西北,，海拨4872米，最低点民勤白亭海位于民勤县北部，现已干涸。海拨1020米。
　　境内所属黄河流域与内陆河的石羊河流域两大河流。黄河流域在武威境内过界水量23,15亿，通过长度68千米，主要有流域的大通河、金强河、松山、新堡河、石门河5条水系10条河流的一级沟22条，291公里，二级沟1049条，1023公里，三级沟1248条，769公里，沟壑密度每平方公里1.95公里，黄河流域面积3620.22平方千米，占武威国土总面积的11%。石羊河流域总面积4.16万平方千米。石羊河流域武威属区面积2.91万平方千米，占武威国土面积的87.7%。从东到西有大靖河、古浪河、黄羊河、杂木河、金塔河、西营河、东大河、西大河8条河流，8条一级河流总长717千米，二级河流118条1804千米，三级河流3149条5503千米，四级河流4641条4084千米，河网平均密度1.57平方千米。