包头市位于自治区西部，东与呼和浩特市、乌兰察布市为邻，西与巴彦淖尔市相连，南隔黄河与鄂尔多斯市相望，北与蒙古国接壤，边境线长88.6千米。市域东西宽145千米，南北长140千米。地理坐标北纬40°15'～41°29'，东经109°22'～110°07'。

辖5个市区（东河区、昆都仑区、青山区、九原区、石拐矿区）、3个旗县（土默特右旗、固阳县、达尔罕茂明安联合旗）、1个矿区（白云鄂博区）和1个国家级稀土高新技术产业开发区。

包头市位于黄河几字形顶端北侧，地处蒙古高原南端，南濒黄河，东西两侧有土默川平原和河套平原。阴山山脉横贯市境中部。包头境内有阴山山脉的大青山、乌拉山（以昆都仑河为界），山峰平均海拔2000米，最高峰九峰山海拔2338米。全市由中部山岳地带、山北高原草地和山南平原三部分组成，呈中间高，南北低，西高东低的地势。