海勃湾区位于中共内蒙古自治区委党史和地方志研究室网站西南部，乌海市东北部，东依桌子山（乌仁都喜乌拉），与鄂尔多斯市鄂托克旗交界；西隔黄河与乌达区相望；南至四眼井与海南区接壤；北与鄂尔多斯市鄂托克旗碱柜乡毗连。地理坐标为北纬39°31’～39°52’，东经106°46’～107°05’之间。

海勃湾区是乌海市人民政府所在地，是乌海市政治、经济、文化中心，也是东连包头市、西接宁夏回族自治区、南通鄂尔多斯市的交通枢纽。

海勃湾区地处鄂尔多斯高原西北部，乌兰布和沙漠东南缘的中山丘陵、河谷及部分平缓起伏区内。桌子山、甘德尔山，呈南北走向平行山体，屹立本区。黄河沿甘德尔山西侧，由南向北奔流而过。整个地势是东南高，西北低。东南部以丘陵山地为主，西北部较为开阔平坦。平均海拔1100米。

海勃湾地区位于中纬度的内陆地区，属典型的极端大陆性气候，降水少，气温高，大风多，日照长，干旱严重，四季分明，冬长寒冷，夏短炎热。无霜期平均156～165天。平均日照3000～3600小时，接受太阳辐射热能年均155.85千卡/平方厘米，具有潜在的巨大热能资源可供开发利用。