清水縣位于甘肅省東南部，天水市東北，隴山西南麓渭河北岸支流牛頭河流域。東界陜西省隴縣、寶雞市，南連G310、連霍高速公路，西接秦安縣，北與張家川回族自治縣毗鄰。即在北緯34°32′至34°56′，東徑105°45′106°30′之間。東西長66公里，南北寬47公里，面積2012平方公里。

清水縣在歷史上處于絲綢之路南路的要沖，從陜西隴縣翻越隴山，出大震關(guān)(今盤龍鋪)至天水(古秦州)、河西，清水為必經(jīng)之地，素有"隴右要沖，關(guān)中屏障"之稱。西南經(jīng)清麥公路至天水火車站44公里，西經(jīng)云山鎮(zhèn)至秦安縣城77公里，北經(jīng)清張公路至張家川回族自治縣城47公里，西南沿清麥公路經(jīng)北道埠至天水市人民政府駐地秦城區(qū)63公里，西距省會蘭州市395公里，東經(jīng)陜西省隴縣至西安市380公里。

清水縣地處鄂爾多斯地臺西南和北祁連地槽褶皺帶東端，清水縣境東部為隴山余脈南北向盤龍山，南部有盤龍山南段東西向筆架峰，西部是弓型高峰科山梁，北部為南北向化嶺山與封山;在山梁內(nèi)外，形成以牛頭河為中心的湯浴河、樊河、后川河四大水系。在群山環(huán)抱中，形成牛頭河中部的山間盆地、清水城處盆地中南部，海拔1360米。

清水境內(nèi)地貌的演變，最早可以追溯到數(shù)億年前。從大約5億年前的奧陶世開始，境內(nèi)才露出海面，成為華北古陸的一部分。又過了1億多年，在中、晚石炭世時經(jīng)過幾次短暫的滄桑變遷之后，到距今大約2.8億年的二疊紀(jì)早期，基本擺脫海水的浸淹。在隨后漫長的地質(zhì)歲月里，經(jīng)過多次大規(guī)模的造山運(yùn)動，尤其從距今7000萬年的第三紀(jì)初期開始，伴隨著縣東隴山的再度抬升以及后來外力的長期塑造，主要是古牛頭河及其支流隨地面抬升而下切，到更新世時，地面起伏已經(jīng)很大，清水地貌大框架基本形成。后來雖然歷經(jīng)數(shù)百萬年的黃土堆積以及流水、人類活動等外力的長期作用，形成今天溝壑縱橫的地貌形態(tài)，但清水縣地貌的基本框架并未有很大的改變。