黄土高原位于中国中部偏北,北纬34゜~40゜,东经103゜~114゜;东西1000余千米,南北700千米。地处太行山以西、青海日月山(一作甘肃洮河及乌鞘岭)以东、秦岭及渭河平原以北、长城以南区域;包括山西全省、陕西省北部、甘肃省中部和东部、青海省东北部、宁夏东南部和河南省西部,面积约40万平方千米(一般以甘肃乌鞘岭为西界,不包括青海省;面积尚有60万、50万与30万平方千米诸说,本文西界与数字均据《中国大百科全书》)。按地形差别分为陇中高原、陕北高原、山西高原和豫西山地。
黄土高原海拔多在1000~2000米间,山岭高达2500米以上。除六盘山、吕梁山、恒山、五台山等石质山地外,高原上覆盖着深厚的黄土层。黄土层厚度50~80米,陇东与陕北可达150米,最厚达180米。高原地面黄土覆盖率为70%,是世界上最大的黄土覆盖地。
黄土高原年均气温6~14℃,年降水量200~700毫米。从东南向西北,依次为暖温带半湿润气候、半干旱气候和干旱气候。植被依次出现森林草原、草原和风沙草原;土壤依次为褐土、垆土、黄绵土和灰钙土。山地土壤和植被地带分布明显。黄土颗粒细,土质松软,富含可溶性矿物质养分,利于耕作,盆地与河谷农垦历史悠久。
黄土高原地面沟壑纵横,这是由于水土流失而造成的。黄土为颗粒细小的土壤,质地疏松,透水性强,垂直节理发育,具沉陷性,属于粉沙土壤,又缺乏植被保护,夏季雨量集中,且多暴雨。在长期流水侵蚀下,地面被分割得非常破碎,千沟万壑,形成沟壑交错其间的冲沟和塬、梁、峁等地貌类型。
丘陵沟壑区沟谷密度2.5~7.5千米/平方千米,地面分割度为25%~45%,地势起伏大,从分水岭顶部至沟谷底部的最大落差有200~300米。地面坡度可达35゜~55゜,多出现直立的陡崖,易出现滑坡、泥石流、地震等。平坦耕地一般不到1/10,绝大部分耕地分布在10゜~35゜的斜坡上。地块狭小分散,不利于水利化和机械化。由于黄土高原地壳还在不断地上升,河、沟还在不断下切,这更加剧了这片高原的高低起伏。
黄土高原水土流失严重。黄河每年经三门峡下泄的泥沙约16亿吨,其中90%来自黄土高原;随泥沙流失的氮、磷、钾养分约3000余万吨。黄河出三门峡流经下游平原,流速减慢,泥沙大量沉积,使黄河成为地上悬河,水位高于地面数米甚至10米,遇到暴雨即有决堤危险,将造成不可估量的损失。