天祝藏族自治县地处甘肃省中部，武威市南部；位于河西走廊和祁连山东端，东经102°07′～103°46′，北纬36°31′～37°55′之间。东西宽142.6千米，南北长158.4千米，面积7149平方千米，占甘肃省的1.54%，武威市的21.51%。东有景泰县，西邻青海省门源、互助、乐都3县，南接永登县，北靠凉州区、古浪县，西北与肃南县交界。兰新铁路和312国道穿境而过。县城华藏寺镇东南距省城兰州145千米，距中川机场80千米，西北距武威市135千米。县辖8镇11乡、17个居民委员会、172个村民委员会、758个村民小组。2005年末，全县总人口53871户、212957人，有藏、汉、土、回、蒙古、满、东乡、裕固、维吾尔、苗、壮、保安、撒拉等22个民族， 其中少数民族82702人，占全县总人口的38.84%。人口密度每平方千米30人。
境内地势西北高，东南低，处于青藏高原、黄土高原和内蒙古高原的交汇地带，属青藏高原东北边缘，海拔在2040～4874米之间。地貌以山地为主，山脉纵横，沟谷交错，多崇山峻岭。位于县境中部的乌鞘岭横亘东西，是古丝绸之路的咽喉要道，河西走廊门户，也是内陆河和外流河的分水岭。河流广布，水资源丰富，分为石羊河水系（内陆）和黄河水系（外流）两大水系。地表水年径流量10.24亿立方米， 地下水补给量4.2亿立方米。
以乌鞘岭为界，岭南属大陆性高原季风气候，岭北属温带大陆性半干旱气候，年均气温-8～4℃，气候带的垂直分布十分明显，小区域气侯复杂多变，常有干旱、冰雹、洪涝、霜冻、风雪等自然灾害发生。
全县有耕地31.8万亩，草原587万亩，天然林地286.9万亩。主要农作物有小麦、油菜、豌豆、青稞、马铃薯、大麦、蔬菜等。主要畜种有白牦牛、岔口驿马、高山细毛羊、绒山羊、黄牛、犏牛、驴、骡等。主要树种有云杉、松、柏、桦、杨等乔木和柳、金露梅、沙棘、杜鹃、小檗、锦鸡儿等灌木。珍贵野生动物有雪豹、石羊、雪鸡、蓝马鸡、马鹿、麝、猞猁等。野生中药材主要有鹿茸、麝香、党参、黄芪、羌活、大黄、秦艽、冬虫夏草等。矿产资源丰富，已探明的矿石有22种，产矿点134处。有色金属矿主要有铁、锰、镍、铜、铅、锌、金、钛、稀土等；非金属矿主要有煤炭、石膏、磷、重晶石、石灰石、石英石、白云石、粘土、高岭土、油页岩等。