八宿县位于西藏自治区东部，昌都市东南部，地处怒江上游，县城所在地白马镇海拔3260米。地理坐标为东经96°23′-97°28′，北纬29°40′-31°01′。东邻左贡县、察雅县，南与察隅县接壤，西靠洛隆县、林芝市波密县，北连昌都市卡若区、类乌齐县。八宿县全县幅员面积12330平方公里（1.233万平方公里）。

八宿属三江流域高山峡谷地带，可分为3个自然区：东北部昌都以南的邦达地带，海拔较高，为高原大陆区；怒江流域延伸至左贡县境内，为高山峡谷过渡区；其余地方高山环绕，峡谷相间，地形较复杂，为高山峡谷区。境内主要山脉有横断山，近似南北走向。主要山峰有北部的初胆针山，海拔5971米；西北部的拉穷山，海拔4700米；南部的然乌湖地区，是念青唐古拉山脉东段与横断山脉伯舒拉岭结合部，山高谷深，冰川较多。全县呈狭长地形，分向南北延伸，地势由东北向西南倾斜，构成七山二水一分地的地形特点。

八宿县以高原温带半干旱季风气候为主。日照充足，干季、雨季分明。年无霜期161.7天，年降水量为233.3毫米。随着海拔高度的增高和地理位置的不同，依次出现峡谷暖温带、高原温带、高原寒温带三种不同垂直气候带。常见的自然灾害有地震、洪水、泥石流、干旱、冻土、风沙、霜冰、冰雹等灾害性天气频繁。由于山高谷深，气候垂直差异明显，年平均气温10.4℃。1月份平均气温0℃，7月份平均气温19.2℃。无霜期162天。日均气温5℃以上持续时间244天，0℃以上持续时间321天。平均年降水量仅为233毫米。

八宿主要河流有怒江及其支流，总河长1737公里。怒江由西北部入境，穿越县域中部，由北向南奔流于高山峡谷之中，河道弯曲狭窄，河谷深切，落差大，水流急，境内长127公里，年径流量33亿立方米。