鄂伦春自治旗位于呼伦贝尔市东北部，大兴安岭东麓。东与黑龙江省嫩江县隔嫩江相望，南与莫力达瓦达斡尔族自治旗、阿荣旗接壤，西与根河市、牙克石市为邻，北与黑龙江省呼玛县交界。东西长280公里，南北宽261公里，面积59800平方公里。

鄂伦春自治旗地势北高南低，由西北向东南缓慢倾斜，最高海拔高度是西北的大白山，高1528米，最低海拔高度是东南角的多布库尔河入嫩江的汇合处265米，中部地区海拔500～1000米之间。地貌单元可分为山地、丘陵、河谷平原。地域辽阔的鄂伦春自治旗，属于温带、寒温带大陆性季风气候，春季干旱多风，日照充足；夏季短暂温凉，多雨；秋季气温骤变，霜冻早；冬季漫长严寒。土壤类型复杂多样，全旗有4个土纲，10个土类，19个亚类。

旗境内主要河流有甘河、诺敏河、欧肯河、多布库尔河、古里河、那都里河，均属嫩江右岸水系。大小支流有200余条。年总降水量约40亿立方米。地下矿藏资源丰富，已探明有开采价值的10余种：煤、金、银、铝、萤石、石灰石、硅石、膨润土、油页岩、石墨等。

在山邻逶迤的森林里，栖息着种类繁多的珍禽异兽，有马鹿、驼鹿、野猪、狍子、熊、灰鼠以及榛鸡、沙鸡、野雉等数十种野生动物。林间隙地中有黄芪、赤芍、知母、桔梗、掌参、五味子等百余种中草药材，灌木丛里有榛子、越桔、红豆、山葡萄等多种野果，还有猴头、木耳、蘑菇等食用真菌，野生植物资源十分丰富。