黄土高原地理位置处在沿海向内陆，平原向高原过渡地带，自南而北兼跨暖温带、中温带两个热量带，自东向西横贯半湿润、半干旱两个干湿区。高原东部、南部属于暖温带半湿润区，中部属于暖温带半干旱区，西部和北部属于中温带半干旱区。黄土高原的气候既受经、纬度的影响，又受地形的制约，具有典型的大陆季风气候特征。
黄土高原区域年平均温度为3.6～14.3℃，具有冬季严寒、夏季暖热的特点，气温年较差和日较差大，且东部和西部的温度变化较大。大部分地区温度条件能满足农作物两年三熟的需要。
黄土高原地势西北高，东南低，自西北向东南呈波状下降。以六盘山和吕梁山为界把黄土高原分为东、中、西三部分，六盘山以西的黄土高原西部，海拔2000～3000米，是黄土高原地势最高的地区；六盘山与吕梁山之间的黄土高原中部，海拔1000～2000米，是黄土高原的主体；吕梁山以东的黄土高原东部，地势降至500～1000米，河谷平原占有较大比例。据此可将黄土高原分为山地区、黄土丘陵区、黄土塬区、黄土台塬区、河谷平原区。