红古区是兰州市的远郊区，地处甘肃省中部，位于兰州市西南部，东接西固区，西临大通河，南濒湟水河与青海民和回族土族自治县和永靖县相望，北部黄土山岭与永登县毗邻，地理坐标东径102°50′-102°54′和北纬36°19′-36°21′之间，地处湟水下游河谷，部分地区位于大通河下游。是甘肃通往青海、西藏的咽喉要道。辖区总面积567.66平方千米，东西长约54千米，南北宽约24千米。

红古区地貌总特征属黄土高原西部丘陵沟壑区，自南向北大致分为一、二、三级阶地，明显呈现出滩、川、台、山四种地形地貌。北部为黄土山梁、台地区，南部和西部为河川谷地区。地势西北高，东南低，区海拔高度为1580-2462米。

红古区属北温带大陆性干旱气候，温差大，降水少、气候干燥，年平均气温7.6℃，全年7月份最热，平均27℃，1月份最冷，平均-6.8℃，阳光充足，冬无严寒，夏无酷暑，气候温和。年均降水量327.7-349.9mm，年蒸发量1507.8mm，日照量1762-2769小时，相对无霜期160-173天。

红古区位于黄河上游，地处大通河、湟水河左岸，大通河、湟水河为常年过境河流。大通河为黄河二级支流，境内河道长16千米，多年平均流量为90.5立方米/小时，在海石湾汇入湟水河。湟水河属黄河一级支流，在大通河汇入前多年平均流量为56.13立方米/小时，境内河道长62千米，多年平均流量为146.63立方米/小时。红古区境内有大小沟道48条，共长335千米，均为季节性沟谷，部分沟道山大沟深，汇水面积较大，降雨形成洪水后，经沟道注入大通河和湟水河。