臨澤縣位于甘肅省河西走廊中部，地處東經99°51'-100°30'，北緯38°57'-39°42'之間。東鄰張掖市甘州區，西接高臺縣，南依祁連山與肅南裕固族自治縣接壤，北毗內蒙古自治區阿拉善右旗，總面積2727平方公里。

臨澤縣地形特征是"兩山夾一川"，是張掖盆地的重要組成部分，南屏祁連峻峰，北蔽合黎峰巒，中部是平坦的走廊平原。地勢南北高、中間低，由東南向西北逐漸傾斜。分三個類型:南部祁連山區，中部是黑河水系沖積形成的走廊平原區，北部合黎山剝蝕殘山區。海拔1380-2278米，海拔最高為2278米(新鳳陽山)，最低1380米(蓼泉)。北部合黎山又名北大山，屬天山余脈，山勢不高，地勢平緩，山峰海拔在1500-2000米之間，相對高差只有200-300米，是干旱剝蝕的低山區。中部走廊平原地勢呈東、南、北三面高，西北低，海拔在1600-1380米之間。

臨澤縣屬大陸性荒漠草原氣候。氣候干燥，降雨稀少，蒸發量大，多風。氣候特征是四季分明，冬季寒冷而漫長，夏季炎熱而短暫，春季升溫快，秋季降溫較慢。四季云量少，晴天多，光照充足，太陽輻射強。年平均日照時數為3052.9小時，氣溫日較差大，縣城年平均日較差14℃，年平均氣溫為7.7℃。年均無霜期176天。年均降水量118.4毫米,蒸發量1830.4毫米。常年以西北風和東風為主。主要災害性天氣有大風、沙塵暴、干旱、低溫凍害、干熱風、局地暴雨、霜凍等。

截至2010年，臨澤縣境內已發現的礦產主要有石膏、含碘凹凸棒石粘土、海泡石、蛭石、石英石、水泥用灰巖、煤、鐵、錳、銅、金等，集中分布在北部合黎山區。共有礦產地28處，其中:鐵礦9處，探明儲量819萬噸;海泡石礦2處，探明儲量18萬噸;凹凸棒石粘土礦1處，探明儲量6400萬噸;石膏礦4處，探明儲量1.1億噸;蛭石礦1處，探明儲量1萬噸;水泥用灰巖礦1處，探明儲量300萬噸;煤礦、金礦、錳礦、鉛礦、白云巖礦各1處，銅礦、石英石礦各2處。

截至2012年，臨澤縣地表水資源量12.95億立方米，地下水綜合補給量5.69億立方米。黑河、梨園河平均徑流量分別為10.49億立米和2.31億立米。有中小型水庫8座，總庫容3350萬立方米。

截至2007年，臨澤縣境內植物資源有喬木、灌木、草本、花卉、低等植物、食用菌、有毒真菌等。野生植物77種，藥用植物21種，屬國家一級保護的有綿刺、裸果木，二級保護植物有沙生檉柳等10種。野生鳥類有47種，屬國家一級保護的有黑鸛，二級保護的有大天鵝、疣鼻天鵝、獵隼、鳶、鶚等。分布有國家一級保護動物普氏原羚，二級保護動物鵝喉羚等。

截至2007年，臨澤縣有耕地28.32萬畝，宜農地33萬畝，有可開發利用的荒地82萬畝，其中宜農荒地27.9萬畝，宜林荒地15.1萬畝，宜牧荒地38.6萬畝。