乌海市位于自治区西南部，地处黄河上游、鄂尔多斯高原西部、乌兰布和沙漠的东南缘。东邻鄂尔多斯高原，南连宁夏回族自治区，西靠阿拉善草原，北接河套平原。地理坐标为北纬39°13′～39°54′，东经106°36′～107°08′，平均海拔1150米。总面积1754平方公里。辖海勃湾、乌达、海南3个县级行政区。5个镇，15个街道办事处。市政府所在地海勃湾区。

乌海市位于中纬度的内陆地区，常年受极地气团和海洋气团的交替影响，属温带大陆性气候。冬季干冷，降雪少；春季干旱，风沙大；夏季炎热，雨水较多；秋季天晴气爽。日照时间长，昼夜温差大，平均积温高，无霜期长。

黄河由南向北沿海南区西边、海勃湾区与乌达区中间，再沿海勃湾区西边纵穿流过，黄河水面在乌海市境约40平方公里。乌海市为矿产资源较丰富的地区，是自治区西部一座资源型工业城市，因煤立市，因矿设市。