山西省地处华北西部的黄土高原东翼。地理座标为北纬34°34'-40°43'、东经110°14'-114°33'。东西宽约290公里，南北长约550公里，全省总面积15.6万平方公里，约占全国总面积的1.6%。境界轮廓略呈东北斜向西南的平行四边形。东有巍巍太行山作天然屏障，与河北省为邻；西、南以涛涛黄河为堑，与陕西省、河南省相望；北跨绵绵内长城，与内蒙古自治区毗连。
山西地形较为复杂，境内有山地、丘陵、高原、盆地、台地等多种地貌类型。山区、丘陵占总面积的三分之二以上，大部分在海拔1000米至2000米之间。最高点为五台山的北台叶斗峰，海拔3058米，最低点在垣曲县境内西阳河入黄河处，海拔仅180米。
山西表里山河，东界太行山，西有吕梁山，北亘北岳恒山、五台山，南耸中条山，中立太岳山。
主要河流有汾河、海河两大水系。境内有大小河流1000多条，其中流域面积大于100平方公里、河长在150公里以上的有240条，大于4000平方公里、河长在150公里以上的有汾河、沁河、涑水河、三川河、昕水河、桑干河、滹沱河、漳河等。汾河最长，全长659公里。被称为中华民族文化摇篮的黄河，北自偏关县老牛湾入境，飞流直下，一泻千里，抵芮城县风陵渡而东折，南至垣曲县碾盘沟出境，途经19县560个村庄，流程965公里。
山西地形多样，高差悬殊，因而既有纬度地带性气候，又有明显的垂直变化。山西地处中纬度，距海不远，但因山脉阻隔，夏季风影响不大，属温带大陆性季风气候。年平均气温3°─14°C，昼夜温差大，南北温差也大。西部黄河谷地、太原盆地和晋东南的大部分地区，平均温度在8°-10°C之间。临汾、运城盆地年均温度达12°-14°C。冬季气温全省均在0°C以下，夏季全省普遍高温，7月份气温介于21°——26°C之间。山西无霜期南长北短，平川长山地短。大同盆地为110-140天，五台山仅85天，忻州盆地以北和东部山区135-155天，临汾、运城盆地则长达200-220天。全省年降水量在400-650毫米，但季节分布不均匀，夏季6月-8月降水高度集中且多暴雨，降水量约占全年的60%以上。全省降水受地形影响很大，山区较多，盆地较少。山西有三个多雨区，一是晋东南太行山区和中条山区，二是五台山区，三是吕梁山区。
