Zacatecas befinner seg i det meksikanske høylandet. Delstaten er tildels fjellrik, og i vest ligger utløpere av fjellrekka mot Stillehavet, Sierra Madre Occidental, samt at flere fjellmassiver er spredd utover arealet. Det er også få elver. Klimaet er tørt og relativt kjølig i fjellet, noe mildere i dalstrøkene.