در محدوده جغرافیایی ۵۴ درجه تا ۵۶ درجه طول شرقی و ۳۶٫۳۰ تا ۳۸٫۱۵ عرض شمالی و در بین استان‌های مازندران، سمنان و خراسان شمالی قرار دارد. این استان به دلیل جایگاه جغرافیایی ویژهٔ خود از آب و هوای گوناگونی برخوردار است. بخشی از رشته کوه البرز شرقی از غرب به سوی شرق استان کشیده شده که گرایش زیادی به سوی شمال شرقی دارد و رفته‌رفته از بلندی کوه‌های آن کاسته می‌شود. شاهوار با بلندی ۳۳۲۰ متر از سطح دریا، که بلندترین قلهٔ استان است، در جنوب غربی استان جای دارد. در پایه این بلندی‌ها، به‌ویژه در جنوب و شرق استان، کوهپایه‌هایی از رسوب‌های دانه ریز و دانه درشت دیده می‌شود که سفره‌های آب زیرزمینی فراوانی را در خود دارند و به صورت چاه و قنات از آن‌ها بهره‌برداری می‌شود. بخش زیادی از پهنهٔ استان گلستان به صورت جلگه‌است.

آبشار کبودوال

در بخش جلگه‌ای دو گونه آب و هوا دیده می‌شود. بیش از ۳/۲ این جلگه آب و هوای خشک و نیمه خشک دارد که هر چه به سوی شمال و مرز ترکمنستان نزدیک می‌شویم بر خشکی آن افزوده می‌شود. ۳/۱ دیگر، که مانند نواری سبز بین بخش کوهستانی در جنوب و بخش خشک و نیمه‌خشک در شمال جای گرفته‌است، آب و هوای معتدلی دارد و از نظر کشاورزی بسیار پر بازده‌است. بیش‌تر شهرها و روستاهای استان نیز در این ناحیهٔ سرسبز جای گرفته‌اند. دو تودهٔ هوا در تعیین آب و هوای استان نقش مهمی دارند. تودهٔ شمالی از سیبری به استان وارد می‌شود و طی پاییز و زمستان با ریزش برف در بلندی‌های جنوبی و باران در کوه‌پایه‌ها و نوار معتدل میانی همراه می‌شود. تودهٔ دیگر، تودهٔ غربی از اقیانوس اطلس و دریای مدیترانه سرچشمه می‌گیرد و در زمستان به بارندگی و در تابستان به افزایش رطوبت و شرجی شدن هوای استان می‌انجامد. بنابراین، بیش‌ترین بارندگی در ماه‌های زمستان و کم‌ترین آن در ماه‌های تابستان دیده می‌شود. با این همه، نیمهٔ شمالی استان، بخش نیمه‌خشک و خشک، از کم‌ترین بارندگی بهره‌مند است و به دلیل تبخیر زیاد آب، زمین‌های شور و کم‌بازده نیز بسیار دارد.