永登县在甘肃省中部，东邻甘肃省皋兰县和景泰县，西靠青海省民和回族土族自治县和甘肃省天祝藏族自治县，南接兰州市的红古区和西固区，北连天祝藏族自治县。从南到北最长距离107公里，从西到到东最宽距离101公里。东起秦王川石门沟村，西至连城镇东河沿村，宽约90公里；南起苦水乡周家庄村，北至金嘴乡富强堡村和坪城乡三岔村，长92.5公里。现属兰州市所辖。总面积6090平方公里，占全省总面积的1.35%，占全市总面积的46.8%。永登县人民政府驻城关镇。

    永登县地形特征可概括为“两河夹三山”形成黄土丘陵区和秦王川盆地。地貌上表现为石质山地与黄土丘陵交错分布。地势位于青藏高原东北部与黄土高原西部过渡地带，也是祁连山支脉东延与陇西沉降盆地间交错的过渡地区。境内山峦重叠，丘陵起伏，河水纵贯。高耸入云的乌鞘岭矗立县北，黄河在县南蜿蜒流过，整地形由西北向东南倾斜，海拔在3000～1600米之间。最高点在县境西北与天祝藏族自治县交界的天马岭，海拔为3650米；最低点在县西南与兰州市西固区交界的庄浪河河谷，海拔为1590米。

    庄浪河谷地在永登县境内可分为富强堡峡谷段、永登宽河谷段、野狐城――苦水段和周家庄――河口峡谷段。庄浪河谷地发育四级阶地，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级阶地保存完整，N级阶地多有破坏，以N级阶地后缘做为河谷边界，庄浪河谷的宽度在中堡镇清水河至红城镇野狐城之间，一般在3000～4000米之间。

    大通河谷地多峡谷，仅在连城以下形成河谷盆地――八宝川。八宝川西南部与东北部为祁连山延续的褶皱带；中部和东南部为黄土丘陵，东西两边为浅山平地和丘陵地。河谷川地东南与西北两头狭小，中部较为开阔平坦，海拔1800米左右，呈西北东南走向。

    西部、北部石质山地均为祁连山山脉间东南延续之余脉，可分为三大主干余脉，即“三山”。（一）西部石质山地。指大通河两岸的石质山地，主要山峰有鸡尾山、吐鲁坪、张家峨博等，海拔在2800米以上。（二）北部石质山地。位于永登县境北部与天祝藏族自治县、景泰县的边界一带。主要山峰有烟筒沟脑、大肚坪、簸箕掌等，最高海拔3024.5米（烟筒沟脑）。（三）西北部石质山地。马牙雪山南支经天马岭、喜鹊岭后延伸入县境，形成奖俊埠岭后被大沙沟截断，最高海拔3650米（天马岭）。

    黄土丘陵沟壑区是全县主要地貌类型，占总面积的67%。包括通远南部，七山全部，大同北部，清水和上川西北部，在苦水、树屏的交接地带及红城、龙泉寺、大同东部和清水南部一带，海拔大都在2000～2500米之间，相对高出庄浪河、大通河500～700米。这里地处庄浪河和大通河河间地带，现代侵蚀十分活跃，因此沟壑密布，冲沟深切，地形破碎，水土流失严重。黄土丘陵区可分为大通河西岸黄土山梁区，大通河、庄浪河之间的黄土山梁区和庄浪河与秦王川之间的黄土梁峁丘陵区。

    秦王川盆地，面积约470平方公里，南北长40公里，东西最宽处16公里。在地形上属乌鞘岭南坡的断陷低地，地势北高南低，海拔1850～2300米，属永登县上川、秦川、中川三镇，其东北部边缘一小部分属皋兰县西岔乡。盆地内主要为洪积平原所占据，其间有垄岗状残台和个别残丘分布，平原由北向南倾斜，地面坡度10～15%。横向上地形平坦，切割甚微，盆地的古老基底为南山系变质岩，其上为第三系红色粘土岩，青灰色砂砾岩，米黄色粘土岩，洪积冲积的黄土形物质等。东西南除局部露出第三系红层外，多为第四系黄土覆盖。秦王川盆地自1994年引大入秦全线通水后已成为永登县的“米粮川”，是甘肃省的商品粮基地之一。