張家川回族自治縣位于甘肅省東南部， 屬天水市轄縣，東接陜西省隴縣，南鄰清水縣，西連秦安縣，北毗華亭、莊浪縣。西距省會蘭州市378公里，東經(jīng)陜西省隴縣至西安市388公里。天水市東北，隴山西麓，屬六盤地槽與隴西陸臺兩大地質(zhì)構(gòu)造單位的過渡地帶，為六盤山經(jīng)向構(gòu)造與秦嶺緯向構(gòu)造接壤處，地理坐標(biāo)為東經(jīng)105°54′至106°35′，北緯34°44′至35°11′之間，東西長62公里，南北寬48公里，總面積1311.8平方公里(2010年)。

張家川地勢由東北向西南傾斜。以山地為主，最高點(diǎn)為秦家塬石廟梁，最低點(diǎn)為龍山鎮(zhèn)馬河村，海拔在1486米~2659.4米之間。東北部隴山巍峨，峻嶺重疊;西南部山巒起伏，溝壑縱橫。源于隴山縱貫全境的六條山梁，宛如手指，自東北向西南伸展。境內(nèi)地貌復(fù)雜，東北部為隴山石質(zhì)、土石山地，中東部為紅土與紅砂巖粘土相間山地，中西部為黃土梁峁溝壑山地。張家川地貌大體上由梁峁、溝壑、川臺、河谷四部分形成。

張家川深居內(nèi)陸腹地，地處東南、西南季風(fēng)交互影響的邊緣地帶，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。由于地形的復(fù)雜多樣性，形成了明顯的地域型立體小氣候環(huán)境，中西部為溫和半干旱區(qū)、溫涼半干旱區(qū)和溫寒半干旱區(qū)，氣候溫和，光照充足，無霜期較長，但雨量較少;東北部為溫寒半濕潤區(qū)和溫寒濕潤區(qū)，氣候偏冷，光照較差，無霜期較短，雨量充沛。張家川氣候差異較大，年平均氣溫7.5℃，無霜期163天左右，全年日照時(shí)數(shù)2044小時(shí)，年平均降水量600毫米。其特點(diǎn)是:夏短而不熱，冬長而嚴(yán)寒，雨熱同季，夏潤冬燥，春暖遲，秋涼早，晝夜溫差大，夏季無酷暑。

張家川境內(nèi)有大小河流7條，總長度234.48公里，總流域面積1311.8平方公里(2010年)，自東北部至西南部，可分為千河、長溝河、牛頭河和葫蘆河四大水系，均屬渭河北岸支流。7條河流均發(fā)源于隴山的涓涓細(xì)流，按照自然地勢，由東北向西南流去。

截至2010年，張家川境內(nèi)水資源量為2.1億立方米，地表水資源較為豐富，為1.7億立方米，境內(nèi)河溪溝岔泉水分布比較廣泛，散布著大小泉池500多眼，年泉出露總量為150萬立方米。

截至2010年，張家川境內(nèi)有林地59.14萬畝，森林覆蓋率20.8﹪，占張家川面積的30﹪。木材總蓄積量達(dá)120.47萬立方米。生長著楊、椴、松、樺、櫟等128種木本植物。

截至2010年，張家川林區(qū)有金錢豹、毛冠鹿、林麝、獐子、石貂、鬣羚、青羊、水獺、黃鼬、紅腹錦雞等珍禽異獸57種，其中10余種為國家二、三級保護(hù)動物。境內(nèi)中藥材品種繁多，有38科、154種，主要有沙參、黨參、大黃、紫苑、獨(dú)活、升麻、甘草、蒲公英、豬苓、寄生、柴胡、冬花等植物藥材以及少量的鹿茸、麝香、牛黃等名貴藥材。經(jīng)濟(jì)林木以蘋果、梨、核桃、山杏為主，尤以紅星、紅冠、紅元帥品種質(zhì)量上乘。林區(qū)有野生植物600余種。