伊克昭盟位於內蒙古自治區西南部，地處鄂爾多斯高原腹地，東與山西為鄰，西與寧夏接壤，南與陜西相依，北與巴盟、包頭市、呼市隔河相望，東西長約400公里，南北寬約340公里，總面積為8.68萬平方公里。伊克昭盟地勢起伏不平，西高東低，地形多樣複雜，東北西三面被黃河環繞，南面黃土高原相連。地貌的基本構成平原、丘陵山區、波狀高原、沙漠分別佔土地面積的4.33%、18.91%、28.81%、47.95%。平均海拔高度在1400米----1700米之間，境內最高處是最西部的卓資山，海拔為2149米，最低處是東部準格爾旗馬柵鄉，海拔高度為850米。伊克昭盟的氣候屬典型的溫帶大陸性氣候，跨半乾旱、暖溫、幹熱、極幹熱四個氣候區，四季分明，無霜期短，日照豐富，年日照為2716.4小時～3193.9小時。年平均氣溫在5.3℃～8.7℃之間，1月份平均氣溫為-10℃～-13℃，7月份平均氣溫為21℃～25℃，全年10℃的積溫為2500℃～3500℃，氣溫日差為11℃～15℃，年差為45℃～50℃。降水量少且集中，東部區年降水量為300～400毫米，西部區年降水量為190～350毫米。全年降水量主要集中在7～9月份。由於乾旱沙多，蒸發量大，水土流失嚴重，以乾旱、風沙為主的自然災害性天氣較為頻繁。東部區年蒸發量為2000～3000毫米，西部區年蒸發量為2200～3000毫米。全年平均風速2.0～4.5米/秒，最大風速達18～29米/秒。
伊克昭盟境內最大的河流為黃河，年過境水量為300億立方米，還有較大的外流河20余條，內流河7條。年均徑流量13.1億立方米，湖泊68個，總水域面積330多平方公里，儲水量為6.18億立方米。地下水資源量為21億立方米。
土壤有9大類：栗鈣土、棕鈣土、灰鈣土、灰漠土、風沙土、粗骨土、沼澤土、潮土、鹽土。土地使用分佈大致是農業用地、牧業用地、林業用地、其它用地,分別佔土地面積的4.18%、63.62%、6.1%、2.22%。未利用土地佔土地面積的21.83%。