清水县位于甘肃省东南部，天水市东北，陇山西南麓渭河北岸支流牛头河流域。东界陕西省陇县、宝鸡市，南连G310、连霍高速公路，西接秦安县，北与张家川回族自治县毗邻。即在北纬34°32′至34°56′，东径105°45′106°30′之间。东西长66公里，南北宽47公里，面积2012平方公里。

清水县在历史上处于丝绸之路南路的要冲，从陕西陇县翻越陇山，出大震关(今盘龙铺)至天水(古秦州)、河西，清水为必经之地，素有"陇右要冲，关中屏障"之称。西南经清麦公路至天水火车站44公里，西经云山镇至秦安县城77公里，北经清张公路至张家川回族自治县城47公里，西南沿清麦公路经北道埠至天水市人民政府驻地秦城区63公里，西距省会兰州市395公里，东经陕西省陇县至西安市380公里。

清水县地处鄂尔多斯地台西南和北祁连地槽褶皱带东端，清水县境东部为陇山余脉南北向盘龙山，南部有盘龙山南段东西向笔架峰，西部是弓型高峰科山梁，北部为南北向化岭山与封山;在山梁内外，形成以牛头河为中心的汤浴河、樊河、后川河四大水系。在群山环抱中，形成牛头河中部的山间盆地、清水城处盆地中南部，海拔1360米。

清水境内地貌的演变，最早可以追溯到数亿年前。从大约5亿年前的奥陶世开始，境内才露出海面，成为华北古陆的一部分。又过了1亿多年，在中、晚石炭世时经过几次短暂的沧桑变迁之后，到距今大约2.8亿年的二叠纪早期，基本摆脱海水的浸淹。在随后漫长的地质岁月里，经过多次大规模的造山运动，尤其从距今7000万年的第三纪初期开始，伴随着县东陇山的再度抬升以及后来外力的长期塑造，主要是古牛头河及其支流随地面抬升而下切，到更新世时，地面起伏已经很大，清水地貌大框架基本形成。后来虽然历经数百万年的黄土堆积以及流水、人类活动等外力的长期作用，形成今天沟壑纵横的地貌形态，但清水县地貌的基本框架并未有很大的改变。