族自治县搭界，西与张掖市山丹、民乐县接壤，西北与内蒙古自治区阿拉善右旗毗邻。[8]总面积9600平方千米。
金昌市地势南高北低，山地平川交错，戈壁绿洲相间。南部山地，均属祁连山系，西北一东南走向，东西长99千米。以冷龙岭为主体，主峰海拔4442米，为市内最高山地，包括大黄山、火松林、盖掌大坂等支脉，多在2500米以上。面积2857.45平方千米，地形崎岖陡峭，多"V"字型峡谷，一般阳坡陡峻，阴坡稍缓。中部以龙首山为主体，包括栒子山、武当山、风门山和龙口山等山岭及山间盆地。绿洲平原主要分布于祁连山、龙首山之间，呈狭长带状，北西西向分布。荒漠平原分布于龙首山以北，属腾格里沙漠的西延部分。
金昌市属大陆性温带干旱气候。光照充足，气候干燥，全年多西北风，昼夜、四季温差较大，霜期长，春季多大风。境内气温北高南低，降水北少南多。由东北到西南，大体划分为五个气候区，即温和极干旱区和温凉干旱区；温寒干旱区；寒冷半干旱区和寒冷半湿润区；寒冷湿润区；高寒湿润区和高寒很湿润区。市区年辐射量138.0千卡/厘米2，永昌137千卡/厘米2，南部山区114千卡/厘米2。日射总量5月、6月份最多，12月、1月份最少。气温随海拔高度的增高而递减，年均气温市区9.2℃，永昌4.8℃，南部山区0.2℃，南、北年平均温差9.0℃。地面温度的变化趋势与气温的变化基本相似。降水量由东北向西南随地势升高而增加，川区降水少，山区降水多。[10]是全国110个重点缺水城市和13个资源型缺水城市之一，也是中国西部地区自然生态环境比较脆弱的地区。
金昌市地处内陆干旱区，工农业和城市用水主要依赖祁连山区降水和东大河源头高山冰雪融水供给。东大河源头冰川，处于祁连山冷龙岭山区，共有冰川62条，总面积34.43平方千米，总储量1.1829立方千米，分布在海拔高程4040—5154米之间。全市地表水来源主要是祁连山区的大气降水和高山冰雪融化。主要河流有东大河、西大河和金川河，均属石羊河水系，为常年性内陆河。此外，还有清河（乌牛坝）和18条小沟小河，其中常年流水的只有6条，流量小，流程短。市境内地下水，大致分为山区基