张掖处在全国地势的第二阶梯，“二山夹一川”的地形轮廊特征明显。境内大体分为三大地形区，南部为祁连山地，北部是合黎山－龙首山，中部是走廊平原（张掖盆地）。南部祁连山，是全国十二大主要山脉之一，海拔3500－5600米，山势雄伟高大，叠嶂起伏，沟壑纵横。海拔4300米以上终年积雪。祁连山地随着海拔由高到低，分布有高山冰川、寒漠、高寒草甸、高山灌木草甸、山地森林草原、山地草原，特别是海拔2500－2600米之间地带，林草丰茂，有天然森林约25万公顷，占全市森林的73.5％，有天然草场347万公顷，占全市草场的71％，是祁连山重要的水源涵养林区和畜牧业发展基地，是国家重点天然林和野生动物自然保护区。中部走廊平原，由张掖盆地和南北两侧山前冲积、洪积扇组成。由于局部地势由东南向西北逐渐倾斜，因此黑河水系流向西北。这里地势平坦，土地肥沃，灌溉便利，绿洲农业相对发达。走廊北山――合黎山、龙首山，属天山褶皱带向东延伸部分，海拔1600－3000米，山势大部低矮，南陡北缓，岩石裸露，植被稀疏，但在龙首山主峰东大山生长有3.12万亩天然林，甚为珍贵。

　　张掖地处中纬度大陆腹地，因海拔高度不同，水热条件差异显著，受大气环流和青藏高原、内蒙古高原的影响，祁连山地属高寒半湿润、湿润气候，其余大部分地区属温带干旱气候。川区自然农业为一年一熟有余或二年三熟。受北部沙漠、戈壁的影响，冬寒夏暖温差大，光热丰富日照长，平均日温差13－16度，故有“早穿皮袄午穿纱，围着火炉吃西瓜”的谚语。因深处内陆走廊盆地，南有高峻的祁连山地屏障，海洋性温湿气流不易到达，降水稀少，蒸发旺盛，地区分布不平衡，山区较多，川区较少，季节分配不均匀，70％的降水集中在6－9月，所以张掖市坚持兴修水利，加强水资源时空调蓄，农业灌溉日益便利。