化隆回族自治縣境內崇山峻嶺，溝壑縱橫，其地勢北高南低，呈現階梯狀，由西北向東南遞減。全境東西長98.5公裏，南北寬48.5公裏，總面積2740平方公裏，最低海拔1884米，最高達4484米，壹般在2600—2800米之間，自治縣首府駐巴燕鎮，海拔2873米。
化隆回族自治縣屬高原大陸性氣候，年平均氣溫2.2℃，無霜期89天，年平均降水量470毫米，無霜期89天，境內冬季多風，幹旱、冰雹自然災害頻繁。