张掖市位于甘肃省西北部,河西走廊中段。东经97°50′～109°31′、北纬37°43′～38°30′之间。地处东经97°50′～100°04′和北纬37°43′～38°30′之间,东西长约400公里,南北宽约300公里,总面积3.12万平方公里。
张掖市境内山脉属祁连山系,由南北两列平行的弧形山脉组成,北列为黑河中游的马鬃山、合黎山、龙首山等;南列为祁连山支脉的低山和丘陵,海拔在2000米以上。最高点为肃南裕固族自治县境内的七一冰川,海拔5,434米;最低点为临泽县的大沙河谷,海拔590米。
张掖市有国家级自然保护区1个(扁都口自然保护区),省级自然保护区2个(黑河湿地和肃南裕固族自治县湿地)。