海拉尔区位于呼伦贝尔市境中部偏西，大兴安岭西北麓，伊敏河与海拉尔河汇合处。东邻牙克石市，南连鄂温克族自治旗，西、北与陈巴尔虎旗接壤。面积1440平方公里，

中温带大陆性气候，夏季凉爽昼夜温差大，年平均300～350毫米的降水量多集中夏秋季，水量稳定。典型的温带草原和栗钙土土壤与沙地樟子松相映成趣。丰富的矿产资源，为经济建设提供了可靠的物质基础。海拉尔区矿产资源主要有铁、煤、石灰石、硅砂、辉绿岩、制砖粘土、红粘土、沸石、珍珠岩、砂石、矿泉水、玛瑙石等。

地势东高西低，最高点在哈克镇境内，海拔776.6米，西部最低点在海拉尔河面，海拔约603米。主要地貌类型有低山丘陵、高平原、河谷阶地，并有部分风沙地貌。沙地上有多种植物生长，形成了固定沙丘和半固定沙丘。沙丘相对高度在20米以内。

海拉尔区境内自然植被分布由东部的草甸草原过渡到西部的干草原植被类型，此外，尚有一些隐域性的草甸植被、沼泽植被和沙生植被类型。