六盘山古称“高山”、“陇山”，处在华北地台与祁连山地槽之间的过渡带上，耸立于黄土高原之上，作为我国为数不多的南北走向的石质褶皱山脉屹立于宁夏南部。六盘山北起海原南华山，南经甘肃华亭至陕西陇县，连绵240多千米，宽30～60km，面积3727km2，占全区总面积的7.2％。由大小关山、马东山和月亮山三大支脉构成，属于宁夏南部地区最高的山系，主峰米缸山位于和尚铺以南的美高山，海拔2942m。山势高峻，峡谷深邃，对东南季风有着一定的阻挡作用，像巨大的绿色长城把黄土高原分成东西两大部分，成为泾河与渭河的分水岭，也是气候、植被的天然分界线与河流发源地。山体主要由白垩纪页岩、砂岩构成，山顶浑圆，山坡略成阶梯状，东坡陡峭，西坡较缓和。其山路曲折险狭，须经六重盘道才能到达顶峰，六盘山因此得名。
六盘山处于东亚季风区边缘，夏季受东南季风影响，冬季受干冷的蒙古高压气流控制，形成四季分明、年温差和日温差较大的大陆性季风气候。冬季寒冷干燥，夏季高温多雨，春季升温快，秋季降温快。按全国气候区划，六盘山属暖温带半湿润区向半干旱区过渡的地带。年日照时数为2100～2400h，年平均气温为5.8℃，最热月（7月）平均气温为17.4℃，最冷月（1月）平均气温为-7℃，极端最高温为30℃，极端最低温为-26℃，≥10℃积温为1846.6℃，无霜期90～130d。山脉走向南北，有利于截留东南来的暖湿气流，成云致雨，使六盘山地区成为中国西北多雨地区。年平均降水量676mm，主要集中在夏秋季，6～9月的降水量占全年降水量的73.3％；年平均蒸发量1426mm，年平均相对湿度68％。最大降水区位于二龙河一带，年降水量在820mm以上。每当夏秋季节，阴雨连绵，山峰白云缭绕，山间雾色茫茫，被称为黄土高原的“湿岛”，是宁夏最潮湿的地区。受局地地形的影响，六盘山的东南坡降水量较大，随着海拔高程的增加其增加率也在加大；但是，在六盘山的西北坡水汽较少，降水量相应减少，随海拔高程的变化增加率相对较小。