两当县位于甘肃省东南部，陕甘川交界的秦岭山区，属长江上游嘉陵江水系。北靠天水，西邻徽县，东面与陕西宝鸡凤县相连，南面与汉中留坝县相连。地处东经106°12′-106°34′，北纬33°30′-34°15′之间。全县东西宽约35公里，南北长约85公里，土地总面积为1408.73平方公里。

两当县地势南北高，中部低，呈马蹄形，平均海拔约1400米，最高海拔2738米，最低海拔773米。

南面的云屏乡、站儿巷镇等乡镇属秦岭北缘，北面的张家乡、左家乡等乡属秦岭南坡，平均海拔1500米左右，境内群山错峙，万壑分流，奇峰突兀;位于张家乡北面、陕甘两省交界处的透马驹峰，海拔2738米，为县境内最高峰。

中部的城关、杨店、西坡、兴化、鱼池、显龙等乡镇属徽成盆地边缘地带，为土石质丘陵河谷区，平均海拔约1100米左右，永宁河与嘉陵江汇合处海拔773米，为县境内最低处。

两当县属暖温带大陆性季风性气候，光热丰富，雨量充沛，差异显著。冬季干冷而无严寒，夏季湿热而无酷暑。温差较大，雨热同季，四季分明，大部分地区年平均气温在10-11℃，年日照2000小时左右，≥0℃积温4241.2℃，≥10℃活动积温3649.4℃，降雨量600-700毫米，山区稍多，无霜期190天左右。气候纬度地带性差异显著，中部浅山丘陵地带海拔较低，年降水量700毫米，无霜期195天，日照条件较好。南、北部高海拔地区气候寒冷阴湿，年降水量在800毫米以上，平均气温8℃左右，无霜期160天，南部中山地区光温条件次于中部，但旱涝灾害较多