正镶白旗位于锡林郭勒盟西南部，地处北纬42°05′～43°02′，东经114°15′～115°37′。东与正蓝旗毗邻，南与太仆寺旗和河北省康保县为界，西与镶黄旗和乌兰察布市化德县接壤，北与苏尼特左旗相交。交通区位优势明显，明安图镇距北京358公里、距呼和浩特市410公里，距锡林浩特市300公里。集通铁路、呼海省际大通道、308省道等交通干线贯穿全境。

正镶白旗位于浑善达克沙地南缘的典型草原区，全旗地势南高北低，中部微隆起，南北长112公里，东西宽88公里，总土地面积6229平方公里。其中可利用草场面积5080平方公里。浑善达克沙地横贯旗境北部，中南部为阴山余脉的低山丘陵草原，南部农区从20世纪初开始垦植距今约百年历史。海拔高度1200～1400米。属中温带半干旱大陆性气候。冬季寒冷，夏季温热，秋高气爽，四季分明，昼夜温差大，光照充足，雨热同季。年平均气温1.9℃～2.7℃，年极蒸发量1932毫米，无霜期112天，年均风速4米/秒。

正镶白旗矿产资源较为丰富。发现的矿种有煤、铁、石油、铅、铸、锌、碱、石英石、萤石、矿泉水等。野生动物有200余种，主要有狐狸、野兔、刺猬、蛇、猫头鹰、百灵鸟等。野生植物种类十分丰富，高等种类83科318属729种，防风、知母、益母草、甘草等药用植物占有很大比例。