海西蒙古族藏族自治州位于東經90°6－99°42′、北緯35°1′－39°20′之間，因在青海湖以西故稱“海西”。北鄰甘肅省酒泉地區(qū)，西接新疆巴音郭勒蒙古族自治州，南與青海玉樹、果洛藏族自治州相連，東與海北、海南藏族自治州毗鄰。全州東西長837公里，南北寬486公里，總面積32.58萬平方公里，占全省總面積的45.17％，州域主體為舉世聞名的柴達木盆地，盆地面積25.66萬平方公里，占全州總面積的78.76％。此外，位于西南部的唐古拉山地區(qū)屬玉樹州，現由格爾木市代管。州內地形從邊緣至中心依次為山地、丘陵、戈壁、湖沼、平原五類。平均海拔2600－3200米，境內最高點為位于昆侖山的布喀達坂峰，海拔7720米。境內的主要山脈有昆侖山、阿爾金山、祁連山。