六盘水，位于贵州省西部、云贵高原一、二级台地斜坡上，处于滇、黔两省，与昆明、成都、重庆、贵阳、南宁五个省会城市的距离约为300-500公里。总面积9965平方公里，占全省总面积的5.63%。市境东邻安顺市，南连黔西南布依族苗族自治州，西接云南省曲靖市，北毗毕节市。
土壤类型主要有黄壤土类、山地黄棕壤土类、山地灌木丛草甸土类、石灰土土类、紫色土土类、水稻土土类、潮土土类、沼泽土土类8种，分为24个亚类，74个土属，141个土种。土壤面积933.03万亩，占土地总面积的62.74%。黄壤是境内地带性土类，面积422.32万亩，占土壤总面积的50.62%。市境大地构造属扬子准地台上扬子台褶带。位于扬子准地台（I级构造）上扬子台褶带（II级构造）的威宁至水城迭陷断褶束、黔西南迭陷褶断束以及黔中早古拱褶断束和黔南古陷褶断束的极西边缘。
六盘水地势西高东低，北高南低，中部因北盘江的强烈切割侵蚀，起伏剧烈。一般地区海拔在1400至1900米之间。地面最高点在钟山区大湾镇，海拔2845.7米；最低点在六枝特区毛口乡北盘江河谷，海拔586米。相对高差2259.7米。地貌景观以山地、丘陵为主，还有盆地、山原、高原、台地等地貌类型。
市境属北亚热带季风湿润气候区，受低纬度高海拔的影响，冬暖夏凉，气候宜人。年均温13至14℃，1月均温3至6.3℃，7月均温19.8至22℃。年降水量1200至1500毫米。无霜期200至300天。由于地形起伏较大，局部地区气候差异明显。全市总水量约142.18亿立方米，其中地表水体平均年流量64亿立方米，地下水体年平均流量52.68亿立方米表水体（不计界河水）25.5亿立方米。
六盘水市地处长江、珠江流域分水岭地带，大致以滇黔铁路为分水岭线，以北属长江流域乌江水系，以南属珠江水系。乌江水系在市境以三岔河为干流，地处北部地区，包括水城县、六枝特区及钟山区的部分地区。珠江水系以北盘江为干流，自西向东贯穿市腹部，南盘江支流分布在南部边缘。
全市长10公里以上或集水面积20平方公里以上的河流71条，其中乌江水系14条，珠江水系57条。按流域面积划分：10～50平方公里的河流24条，51～100平方公里的19条，101～500平方公里的19条，501～1000平方公里的3条，1001平方公里以上的6条。河网密度为每平方公里0.167公里。境内河流除几条干流外，多属雨源性河流，源匮流短，枯水季节常出现断流。