城北区位于西宁市西北部，东与城东区交界，西与湟中县为邻，南与城中区、城西区隔湟水河相望，北与大通回族土族自治县和互助土族自治县接壤。东西长约23千米，南北宽约5~10千米，总面积为137.7平方千米。
区界最东面的村庄是朝阳街道的寺台子村，一条大寺沟将城东区与城北区分开；最西面的村庄是大堡子镇的巴浪村；最西北面的村庄是大堡子镇鲍家寨村，大堡子镇的朱家坪和马坊街道的大有山成为城北区与湟中县的分界线；最南面以西川河为界；最北面的村庄是廿里铺镇的花园台村；最东北的村庄是廿里铺镇的双苏堡村。
“西宁盆地“属祁吕山字型西翼构造带上的一个中新生代断陷盆地。古老（震旦系）的变质岩层受到强烈的构造力作用，至第三纪初期，以老岩层为层底的断陷盆地形成，即形成一个内陆湖。以后，由于气候干燥炎热，氧化作用强烈，盆地内接受了一套很厚的红色岩系的沉积。后来，又受喜马拉雅造山运动的影响，一个南南西—北东东的缓状背斜。同时，地壳上升，遭到后期地表水系的侵蚀，到第四纪初期，地壳又曾下降（以上升为主），伴随着河流的侵蚀一堆积，从而奠定了城北区的地质基础。
地质岩性 元古代的变质岩、结晶岩、震旦系的硅质石灰等一套老地层分布在盆地边缘。 第三纪红色岩系，仅出露与河谷平原两侧陡峻的斜坡地带，谷底的阶地基座亦由它组成。主要的为红色粘土、页岩、夹泥层、石膏层，整个厚度在800米以上。 第四季沉积层遍布各阶地之上，上部为粘性土，下部为沙砾石层，构成阶地的二元结构，是建筑物的持力层。二、三级阶地为湿陷性黄土。 特殊地质现象 泥石流：湟水北岸和大寺沟一带，暴雨或大雨时常伴有泥石流出现。 淤泥层：西川三其附近及北川小寨、莫家泉湾一带，一米以下分布有厚度为1~2.4米的淤泥层。多含腐殖质，显黑色，为较软地层。 冲沟：海子沟、刘家沟、沟壁陡立，为活动冲沟。 滑坡：北山地带自大寺沟以西道双苏堡一带，据记载常有山体滑坡。 城北区是西宁市的一个组成部分，位于西宁古盆地的西北角。地势北高而东南低，由西向东平缓倾斜，明显地呈倒“人“字行，境内东北部和西南部边缘山地海拔2400~2750米，最低海拔（大寺沟桥南）2215米，最高海拔（大墩岭）2755米，平均海拔2275米。
地貌类型 低山丘陵区，通称浅山地区。多为小山包形，破度较大，冲沟发育，前缘分布有冲积扇或坡积裙，大部分地表覆盖着厚达几十米的第四纪黄土，黄土呈中期侵蚀状。丘陵起伏，沟壑密度1.07千米/平方米，冲蚀沟深达10米至几十米，25度以上的坡地占该地面积的47.2℅，水土流失严重。 河谷冲积平原区，通称川水地。地势平坦而略向河道倾斜，是山区向河漫滩的过度地质，土质肥沃，灌溉便利，坡度小于5度的土地占该带的90℅以上，适宜发展农林牧业，也是城区扩展之地； 河漫滩区，多为河床变迁形成的滩地，离水面很近，大多由沙砾石组成。 城北区内有两座山，即北山和西山；两个坪，即晋宋坪和朱家坪。 北山
位于区境的东北部，因在西宁市的北面而得名，距市区约3千米，海拔2612米，北界大墩岭与互助县相邻，西延北川河东岸把这座山地称东山，南邻湟水河，东接泮子山，地质构造为第三纪红色岩系北山的山前有一座小山，名为土楼山，因样子像一座土楼而得名。 西山
即大有山、小有山，因山脉走向，人们把西川河北的山也称北山，把北川河西南的山也称西山。位于西宁市城北区的西北部，海拔2655.2米，北接湟中县刘家沟，南坡到马坊乡西杏园，西至马家沟。山体岩层年代为第三纪沉积岩，地表有黄土覆盖。 晋宋坪
大堡子乡的晋家湾、宋家寨两个行政自然村及其所辖地区的合称。位置在大堡乡的北部山顶，西面连结云谷川一自然段带，东接海子沟一自然断带，北面和湟中县的杨库托村接壤，南面山脚下是晋家湾与宋家寨村，总面积4平方千米，实用土地约2065亩，海拔在2600~2650米之间，距西宁市中心15千米。 朱家坪
位置在大堡子镇的西北部山顶，东面连结云谷川一自然断带，西面连结湟中县的西纳川一自然断带，北面与湟中县的毛儿茨沟和大掌沟为邻，南面山根是朱南、朱北、吴仲和巴浪村的土地。该坪海拔2500~2750米，距市中心约17千米。 境内气候特征是气压低，降雨量少，蒸发量大，冰冻期长，无霜期短，昼夜温差大。
气温
历年日极端最高气温为33.9℃，发生日期在1972年8月10日；历年日极端最低气温为—26.6℃，发生日期在1954年12月11日；历年月平均最高气温为26.1℃，发生日期在1975年8月；历年月平均最低气温—19.5℃.发生日期在1955年1月。历年逐月平均气温1月—8.52℃；2月—5.02℃；3月1.94℃；4月7.82℃；5月11.93℃；6月15.10℃；7月17.23℃；8 月16.48℃；9月12.11℃；10月6.29℃；11月—1.00℃；12月—6.84℃.年积温在2564.9℃左右。月日较差13.6℃，白天气温比日均温高2至3℃。
日照
年平津日照时数2748小时，日照率为62.8%，年辐射总量612.5千焦/平方厘米，其中光合有效辐射占43%.光源充足，全年无霜期161天。气温和日照能满足一年一季农作物生长的需要。
气压
历年平均气压773毫巴。历年平均最高气压在775.7毫巴，发生日期1978年；历年平均最低气压774.6毫巴，发生日期在1969年；历年月最高气压789.7毫巴，发生日期在1963年9月；历年月最低气压759.5毫巴，发生日期在1964年4月；历年极端最高气压在790.2毫巴，发生日期在1955年3月12日；历年极端最低气压753.3毫巴，发生日期在1955年4月14日。
降水量
年平均降水量345毫米。历年最大年降水量541.2毫米，发生日期在1967 年；历年最小降水量196.4毫米，发生日期在1966年；历年最大一日降水量62.2毫米，发生日期在1964年8月19日。历年逐月平均降水量1月1.1毫米；2月1.8毫米；3月5.1毫米；4月20.9毫米；5月46.7毫米；6月50.3毫米；7月77.3毫米；8月82.0毫米；9月56.1毫米；10月26.7毫米；11月3.7毫米；12月0.9毫米。7.8.9三个月，降水量占全年降水量60~70%，夜雨较多。冬季降雪，历年日最大积雪厚度18厘米，发生在1960年4月19日。
蒸发量
历年最大全年蒸发量2095.8毫米，发生日期在1966年；历年最小全年蒸发量1535.9毫米，发生日期在1959年；历年月最大蒸发量323.7毫米，发生日期1966年6 月；历年月最小蒸发量28.5毫米，发生日期在1957年元月，月平均蒸发量1月42.9毫米；2月65.9毫米；3月145.9毫米；4月214.8毫米；5月238.5毫米；6月235.9毫米；7月231.5毫米；8月212.9毫米；9月150.5毫米；10月108.8毫米；11月60.8毫米；12月40.4毫米。
风速与风向
月平均风速，1月1.5米/秒；2月2.1米/秒；三月2.6米/秒；4月2.6米/秒；5月2.3米/ 秒；6月2.0米/秒；7月1.9米/秒；8月2.0米/秒；9月1.9米/秒；10月1.7米/秒；11月1.7米/ 秒；12月1.4米/秒。年平均风速1.7米/秒，最大风速27米/秒。大风多发生在春季。年大风日数达27.2天，北川河谷的风速小于西川河谷的风速。春夏两季多吹东南风，秋、东两季多吹西北风，年沙尘暴日数为8.1天，最多达19天。 截止2008年，城北区生物资源种类如下。 兽类
有赤狐、沙狐、狼、豺、旱獭、崖獭、猞猁、荒漠猫、野兔等； 禽类
有雉、鹌鹑、猫头鹰、雕、乌鸦、鸢、喜鹊、灰喜鹊、野鸭、蓝马鸡、石鸡、血雉、斑鸠、啄米鸟、班头雁、燕子、大雁、布谷鸟等； 鱼类
有黄鱼等。 乔木类
有云杉、油松、侧柏、银白杨、加拿大杨、清杨、毛白杨、柳树、榆树、杏树、沙棘、枸子等。 灌木类
有高山柳、杜鹃、金露梅、绣绒菊、锦鸡儿、柽柳、沙棘、小蘖、皂角、枸杞、忍冬、鲜卑柳、紫丁香、榆叶梅、山桃、檀香、探春、碧桃、玫瑰、牡丹等。 草药类
有向荆、木贼、贯众、银粉、背蕨、骨碎朴、麻黄、大黄、银柴胡、酸模、赤芍、升麻、白头翁、铁棒锤、唐松草、翠雀、地榆、黄芪、甘草、播娘蒿、荠菜、牛蒡、仙鹤草、岩黄芪、葫芦巴、披针叶黄花、沙参、党参、地骨皮、曼陀罗、天仙子、甘松、旋复花、款冬花、野菊花、茵陈、大蓟、小蓟、苍耳、火绒花、紫苑、黄冠菊、贝母、野葱、野蒜、薄荷、紫苏、羌活、防风、柴胡、独活、前胡、秦艽、茜草、獐牙菜、亚麻、绿绒蒿、菟丝子、盘龙参、透骨草、景天、远志、狼毒、大戟、棘豆、冬葵、荨麻、车前、紫花丁香、骆驼蓬、蒺藜、龙胆草、蒲公英、胡桃、马先蒿、茴香、绢毛蔷薇等。 牧草类
有蒿草、苔草、披碱草、早熟禾、羊茅、野燕麦、针茅、赖草、扁穗冰草、三叶草、紫花苜蓿、海韭菜、珠芽蓼、芨芨菜、千里光、毛莨、虎耳草、银莲花、无芒雀麦、头花蓼、沿沟草、白茅等。
