皋兰县位于东经103°32′一104°14′，北纬36°05′一36°51′之间，总面积2476平方公里。东临白银市和榆中县，南接兰州市区，西连永登县，北依景泰县。县城距兰州、白银两城均为45公里。

皋兰县地形属黄土高原丘陵沟壑区，多为黄土梁峁、沟谷和小川台地等类型，地势为北高南低、西高东低，呈西北向东南倾斜，山脉多为南北走向，海拔高度在1459.2米一2445.2米之间，相对高差达986米。境内共有0.5公里以上的大小砂、土沟4977条，全长6743.7公里，这是该县水土流失侵蚀沟的发源地，沟壑密度2.64公里/平方公里。

皋兰县属温带半干旱气候，年均气温7.2℃，年均降水量266毫米，年均蒸发量1660毫米，年均日照2768小时，无霜期144天。

黄河流经皋兰县境内，年均流量311亿立方米。

皋兰县有丰富的矿藏资源，金属矿有金、银、锌、铜等，非金属矿有石英砂、大理石、花岗岩、粘土等。

2011年，皋兰县耕地面积43.6万亩，人均耕地面积2.24亩;其中水浇地21.11万亩，人均1.4亩。草地面积253万亩，林地面积14万亩。

皋兰县国土面积2476平方公里，截至2012年，皋兰县耕地面积57.5万亩，人均耕地面积3.2亩。