中卫市位于宁夏中西部宁夏、内蒙古、甘肃交界地带，东与宁夏吴忠市红寺堡区、同心县、青铜峡市接壤。南与宁夏固原市原州区、西吉县相连，西与甘肃省白银市平川区、靖远县、会宁县、景泰县交界，北与内蒙古自治区阿拉善盟阿拉善左旗毗邻，地跨东经104度17分—106度10分、北纬36度09分—37度43分，东西长约130千米，南北宽约180千米。全市总面积17448平方千米。
中卫市地势西南高，东北低，市区平均海拔1225米，地貌类型分为黄河冲积平原、台地、沙漠、山地与丘陵五大单元。
中卫市西北部腾格里沙漠边缘卫宁北山面积12万公顷，占全市土地总面积的7%；中部卫宁黄河冲积平原10万公顷，占全市土地总面积的5.9%；位于山区与黄河南岸之间的台地6万公顷，占全市土地面积的3.5%；南部陇中山地与黄土丘陵面积142.45万公顷，占全市土地面积的83.6%。
中卫市属典型的温带大陆性季风气候，因受沙漠影响，日照充足，昼夜温差大，平均气温在7.3～9.5℃之间，年平均相对湿度57%，无霜期158天～169天，年均降水量180毫米～367毫米。
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