五原地处内蒙古河套平原腹地，县域南临黄河（属黄河最北端），北有阴山横亘，东临鹿城包头，西与临河区接壤，是一颗有着两千多年文明历史的塞上明珠。县境东西最长82公里，均长62.3公里，南北最宽55.5公里，均宽40公里。总面积2492.9平方公里。占河套灌区总面积的1/4。本县在大地构造单元上，属阴山天山纬向构造带，并受新华夏系构造的影响，形成内陆断陷盆地，整个辖区属河套平原，为第四纪松散的地层所覆盖，沉积了较厚的湖相地层。上部是冲积、风积层，主要岩性为细砂、粉砂和砂粘土互层。砂层层理清晰，厚度 10－70米。中部为河湖交替层，主要岩性为淤泥质、粉砂与粘土互层。下部为巨厚的新老第四纪湖相沉积层，主要岩性为淤泥质砂粘土。土质膏腴肥美，适于农作物及各种植被的生长。虽然有的土地呈盐碱化，但并不影响耐碱作物，如葵花、枸杞等作物的生长。

    五原境内因黄河冲积层在长期风蚀作用下形成许多风蚀洼地和黄河改道时冲刷的天然壕沟。这些洼地与壕沟长年积水，形成大小不同的海子（湖泊，俗称泊尔洞）。全县有面积三亩以上的海子 171个，总面积 5.45万亩；其中千亩以上的海子 5个，总面积 1.06万亩；百亩以上的海子 37个，总面积 1.33万亩。海子水深大于 1.5米的 116个，面积 2.71万亩。 1986年已被利用的水面 3.8万亩，占 70％。这些海子大多分布在县境西部的塔尔湖镇、银定图镇、新公中镇，以及县境南部的套海镇、东部的胜丰镇、隆镇也有零星分布。

    全县土地总面积374万亩，其中可耕地164.5万亩，熟耕地130.98万亩，可该改造中低产田100万亩，待开发荒地100万亩，果园地4.17万亩，林地18万亩，草地30万亩。农业人口21.4万人，人均耕地面积6.12亩。气候属于中温带大陆性气候，具有光能丰富、日照充足、干燥多风、降雨量少的特点。太阳年平均辐射总量153.44卡/平方厘米，仅次于西藏、青海；全年日照时数3263小时，平均气温6.1℃，积温3362.5℃；无霜期117-136天，相对较短，可避免农作物贪青恋长、推迟成熟而减产的弊端，可使农作物长势集中，丰产丰收。年均降雨量170毫米，大多集中在夏秋两季，雨热同季，对农作物生长十分有利。

    全县共辖七镇，771个社，全县总人口30万，其中农业人口22万。据2000年第五次人口普查：全县总人口274188人，其中汉族人口占96.46%，蒙古族人口占2.04%，其他民族人口占1.50%；全县平均每平方公里110人。城镇人口30.51%、农村人口占69.49%;年龄及文化结构基本稳定，15周岁以下儿童占22.60%，65周岁以上老人占5.43%，中青年人口占71.97%；每十万人受教育人口：中专及以上文化1668人、高中和中专文化10015人、初中文化35263人、小学文化32236人。

    黄河由五、临交界处老楞河头入境，为东经107°37′，至五原前旗交界处的四科河头出境，为东经108°11′。此段河道是黄河干流在地球表面纬度最高的河段。五原境内的黄河流经天吉泰镇、套海镇。其北与之并行的是总干渠（二黄河），它由磴口、临河向东进入五原，又进入前旗而汇入三湖河，在五原境内长43.5公里。县内各干渠均由此渠引水灌溉。与黄河有关的是乌加河（旧时亦称五角河、五加河），它原是黄河的主流，是北河。 1840年黄河改道后主流成为现在的南河，在改道的过程中使整个河套平原成为土质肥沃的冲积平原。乌加河现在是黄河的支流，由临河市的份子地进入五原，由建丰农场出界，泄入乌拉特前旗的三湖河，在五原地段为 46公里长。

    新中国成立后，经多次修浚成为灌区的总排水干沟。在五原境内除了二黄河之外与黄河有关的还有一些人工河，它们是： (一)丰济渠，又名天吉泰渠。它位于县境西部，以渠与临河分界。它又名中和渠，光绪三十一年更名丰济渠。初由黄河引水， 1965年改由总干渠引水，全长41.7公里，正常流量48立方米/秒。 (二)皂火渠，在县境西部。其进水闸在总干渠毛家桥。 1966年又于塔尔湖境内接挖新皂火渠，总共全长68.98公里。正常流量28立方米/秒。 (三)沙河渠，原名永和渠，位于县境中部，光绪三十年（1904年）更名沙河渠。初由黄河引水，1969年改由总干渠引水。全长75.02公里，正常流量为25立方米/ 秒。 ( 四) 义和渠，原名同和渠，光绪三十年（1904 年）更名义和渠，位于县境中部。1966年开始改由总干渠引水，向东北汇入总排干，全长86公里。正常流量 30立方米 /秒。 (五) 通济渠，初名老郭渠，后又称四大股渠，位于县境东部，其下游又称五大股渠。民国 4年更名通济渠， 1966年改由总干渠引水，而后汇入乌加河，全长40.58公里，正常流量 37.4立方米 /秒。此外，县境还有总排水干沟（乌加河）、六、七、八和皂沙、义通排水干沟，均为建国后人工开挖而成，总长度是 172.46公里。