Byen ligger i den sentrale delen av delstaten, om lag 40 km nordvest for hovedstaden Santa Fe, og på drøyt 2000 moh i Jemez Mountains. I byen ligger Los Alamos National Laboratory (LANL), som ble grunnlagt i 1943 for å gjennomføre Manhattanprosjektet, og fortsatt er den overlegent største arbeidsgiveren. Utdanningsnivået er høyt; det hevdes lokalt gjerne at Los Alamos er den by i verden som har høyest andel doktorgradsfolk i forhold til folketallet. Los Alamos er bygd på Pajarito-platået mellom White Rock Canyon og Valles Caldera. Området der byen ligger er på en mesa.