大方县位于贵州省西北部，毕节市中部，乌江支流六冲河北岸，大娄山西端。地处北纬26°50′02″—27°36′04″，东经105°15′47″—106°08′04″之间。东西相距86.2千米，南北相距85.2千米。东与黔西市毗邻，东北抵金沙县，南以六圭河与织金县为界，西南与纳雍县隔河相望，西部和西北部与七星关区接壤。县城距毕节市人民政府所在地46千米，距省城贵阳129千米，是近海内陆山区县。

大方县地处黔西北高原（云贵高原）向黔中山原丘陵过渡的斜坡地带，属中山地貌类型，县境大部分海拔1400米—1900米。地势中部和东北高,河流向北和向南流。境内山峦重叠、切割较深、沟壑纵横、地貌破碎，地形多样，山地、坡地、丘陵、洼地、盆地（小坝子）、河谷交错分布。全县地貌可分为山地、丘陵、河谷三类形态，山脉多呈东北西南走向。根据地貌类型特征、海拔差异和地面切割程度，分四个地貌区。西北部中山丘陵区，地势除长石镇马洛河谷一带南高北低外，大部分西北高东南低，海拔为1400米—1600米，最高点为瓢井镇火烧箐，海拔2102.3米，最低马洛河口，海拔708.8米（为县境内最低点），局部有缓丘谷地，在瓢井、长石一带由于马洛河的强烈侵蚀，河流两岸十分陡峻，地表破碎，沟谷纵横，切割较浅处多缓丘洼地、谷地及山间小盆地；东北部中山多缓坡谷地和丘陵洼地区：地貌类型复杂，山高坡陡，内部起伏平缓，地面多岩溶丘陵及孤峰、洼地，相对高差为250米—350米，海拔1600米—1900米，中部的大山海拔2027.2米，九龙山海拔2128.4米，老鸹山海拔2079.2米；中西部高中山切割和缓坡丘陵谷区：为境内地势最高区域，大部分海拔在1700米以上，中部的公鸡山海拔2010米，大营山2093.1米，县城附近的云龙山海拔2008米，笋子山海拔1938米，火焰山海拔1998米，西部龙昌坪大山海拔2325米（县境内的最高点），也是境内主要河流的分水岭；东南部低中山浅切割谷区：地势较平缓，大部分海拔为1200米—1500米，相对高差250米—300米，以丘陵和山间河谷为主，河谷两岸分布有河流冲积层地。

大方县由于碳酸盐岩溶分布较广，岩溶地貌发育演变复杂，喀斯特地形地貌明显，形成了形态类型特殊的岩溶生态环境。岩溶地貌多样，有石崖、洼地、落水洞、暗河、溶洞天窗、天生桥等，分布较为普遍，是世界岩溶发育最典型的地区之一，有“喀斯特王国”之称。

大方县河流属长江上游的赤水河水系与乌江水系，境内地势中西隆起，向南和北倾斜。中西隆起以九龙山、公鸡山、火烧箐、海马箐、龙昌坪等山脉为分水岭，北部属赤水河水系流域，南部、西部、中部为乌江水系六冲河流域。境内河流系山区雨源型河流，属江河源头，上游水量少，中下游水量逐渐递增，洪枯流量差异大，暴涨暴落现象突出。河道曲折迂回，滩多水急，落差大，河流数量多，大方县境内长度在10千米以上的河流13条，干流河14条，总长411.22千米，全县河道总长727.3千米。赤水河水系位于县境东北部，主要河流有二道河（亦称马洛河、格里河、聂尔第河）、油杉河、母都河、蚂蚁河、果瓦河、乌须河、大鱼跳河共条，流域面积807平方千米，占全县土地总面积的23％，流域内多年平均降水量为991毫米，河道切割深、比降大，落差集中，适宜水能资源开发，水能理论蕴藏量15.46兆瓦，技术可开发量5.32兆瓦，流域内基本无农田灌溉之利，河流由南向北在马洛河（两岔河口海拔708.8米）进入金沙县境；南部属乌江水系的六冲河流域，主要河流有六冲河、白甫河、凹水河、渭河、木白河、两岔河、绿塘岔河、蚂蚁沟、折溪河、烂泥河、黑泥冲河11条，分布在县境南部、中部、西部，流域面积2337.2平方千米，为全县土地总面积的67％，流域内年平均降雨量1008毫米，河流水能资源丰富，河流开发程度高。

大方县地处低纬度高海拔地区，属亚热带湿润季风气候，加上地势起伏较大，沟多谷深，山脉多呈东北走向，冷空气易进难出，气候温和，雨量充沛，雨热同期，具有冬无严寒，夏无酷暑，夏短冬长，春秋相近，雨雾日多及“十里不同天”的立体气候特点。2024年，大方县年平均气温为13℃，与多年平均12.3℃偏高0.7℃。年极端最高气温为32.6℃(7月24日），年极端最低气温为－6.7℃(1月23日）。年总降水量1295.5毫米，与多年平均1089.3毫米相比偏多206.2毫米。一日最大降水量为94.7毫米（5月11日）。年日照时数为1294.6小时，与多年平均1203.6小时相比偏多91小时。

县境内土壤属中亚热带常绿阔叶林黄壤带，由于地形复杂，土壤地域差异较大，肥力水平悬殊明显。土壤熟化度低，山地土壤大多处于粗骨状态，土层浅薄，涵养水肥能力低，地表径流大，水土流失严重，土壤垂直分布较明显。土壤呈深浅不同的黄色，表层暗黄色，心土层蜡黄色，质地黏重，矿物质养分含量低缺磷。境内母岩以碳酸盐类岩石为主，黄色页岩、黄色砂页岩、紫色岩类也有较大面积分布。全县土壤分为黄棕壤、黄壤、石灰土、紫色土、潮土、水稻土6个土类，13个亚类，45个土属，105个土种。其中，黄壤在全县分布极广，主要分布在海拔1800米以下地区。