克什克腾旗位于自治区中东部、赤峰市西北部，地处内蒙古高原与大兴安岭南端山地、燕山山脉七老图山、浑善达克沙地、科尔沁沙地几大地貌交汇带。东邻赤峰市林西县、翁牛特旗，南邻赤峰市松山区、河北省围场满族蒙古族自治县，西接锡林郭勒盟多伦县、正蓝旗，北与锡林浩特市、西乌珠穆沁旗毗邻。全境南北长207公里，东西宽170公里，总面积20673平方公里，平均海拔1100米，地理坐标为北纬42°23′～44°22′，东经116°21′～118°26′。全境整体地势西北高、东南低。西部为沙地和草原，北部多山脉峰脊。

克什克腾旗属温带半干旱大陆性季风气候区。春季短暂干旱，多风而气温变化大；夏季温凉短促，降雨集中；秋季光照充足，气温下降快，昼夜温差大；冬季寒冷漫长，干燥多风。克什克腾旗地处中纬度西风带，全年多西风，冬季多西北风。

境内过境河流有西拉木伦河、滦河与内陆河3条水系，50公里以上河流84条。西拉木伦河发源于旗境西南，境内长198公里，有萨岭河、大克头河、塔其沟河、百岔河、苇塘河等河流。滦河水系旗境内支流有赵古堆河、土力根河。内陆河水系包括大小吉林河、锡林河、贡格尔河、亮子河。

独特的地理位置和自然环境，造就了克什克腾旗丰富多样的自然资源。这里矿产资源丰富，是中国北方重要的矿产资源战略接替基地。这里还是大兴安岭东北植物区系和华北植物区系的交汇区，特殊的植物区系优势，成就了该旗的美丽神奇。这里汇集了冰川遗迹、火山地貌、温泉、沙地、草原、河流、湖泊、湿地，被誉为“塞北金三角”。