诺尔盖海拔2400米至4200米。主要河流有嘎曲、墨曲和热曲，从南往北汇入黄河。北部和东南部山地系秦岭西部迭山余脉和岷山北部尾端，境内山高谷深，地势陡峭；主要河流有白龙江、包座河和巴西河。诺尔高草原水源充足，河流蜿蜒曲折，牛轭湖星罗棋布，独成一湾风景。
诺尔盖草原气候比较寒冷，年平均气温约为0℃－2℃，年降水量约为600－700毫米。南部的红原县最高月均温不超过15℃，北部玛曲县最高月均温仅10℃上下。
诺尔盖地区土地以沼泽居多，土壤长期浸泡在水中，温度较低，因此主要以沼泽土为主，潜育化程度高，有机质氧化缓慢，部分地区分布着大量泥炭。
