Алтайский край расположен на юго-востоке Западной Сибири между 50 и 55 градусами северной широты и 77 и 87 градусами восточной долготы. Протяжённость территории с запада на восток около 600 км, с севера на юг — около 400 км. Расстояние от Барнаула до Москвы по прямой — около 2940 км, автомобильным путём — около 3600 км.

Казахстанской и Павлодарской областями Казахстана, на севере и северо-востоке с Новосибирской и Кемеровской областями, на юго-востоке — с Республикой Алтай.

До 27 марта 2016 года Алтайский край находился в часовом поясе Омское время (MSK+3; UTC+6), после чего регион в соответствии с поправками в федеральный закон «Об исчислении времени» перешёл в Красноярское время (MSK+4; UTC+7)[5]. В часовом поясе Красноярское время регион находился также и до 28 мая 1995 года.

Территория края относится к двум физическим странам — Западно-Сибирской равнине и Алтай — Саяны. Горная часть охватывает равнину с восточной и южной сторон — Салаирский кряж и предгорья Алтая. Западная и центральная части преимущественно равнинного характера — Приобское плато, Бийско-Чумышская возвышенность, Кулундинская равнина. В крае присутствуют почти все природные зоны России — степь и лесостепь, тайга и горы. Равнинная часть края характеризуется развитием степной и лесостепной природных зон, с ленточными борами, развитой балочно-овражной сетью, озёрами и колками[6].

Климат Алтайского края существенно неоднородный, что обусловлено многообразием географических условий. Предгорная и приобская части края имеют умеренный климат, переходный к континентальному, который формируется в результате частой смены воздушных масс, поступающих из Атлантики, Арктики, Восточной Сибири и Средней Азии. Абсолютная годовая амплитуда температуры воздуха достигает 90—95 °C. Среднегодовые температуры — положительные, 0,5—2,1 °С Средние максимальные температуры июля +26…+28 °C, экстремальные достигают +40…+42 °C. Средние минимальные температуры января −20… −24 °C, абсолютный зимний минимум −50… −55 °C. Безморозный период продолжается около 120 дней[6][7]. Наиболее сухой и жаркой является западная равнинная часть края. Здесь климат местами резко континентальный. К востоку и юго-востоку происходит увеличение осадков от 230 мм до 600—700 мм в год. Среднегодовая температура повышается к юго-западу края. Благодаря наличию горного барьера на юго-востоке края господствующий западно-восточный перенос воздушных масс приобретает юго-западное направление. В летние месяцы часты северные ветры. В 20—45 % случаев скорость ветров юго-западного и западного направлений превышает 6 м/с. В степных районах края с усилением ветра связано возникновение суховеев. В зимние месяцы в периоды с активной циклонической деятельностью в крае повсеместно отмечаются метели, повторяемость которых 30—50 дней в году[7][8][9].

Наиболее мягким климатом характеризуются Алтайский и Смоленский районы, а наиболее резким — Кулундинский и Ключевской районы. Наибольшие температуры воздуха в летний период наблюдаются в Угловском и Михайловском районах, наименьшие в зимний период — в Ельцовском, Залесовском, Заринском. Наибольшее количество осадков выпадает в Красногорском, Алтайском и Солонешенском районах, наименьшее — в Угловском и Рубцовском (западная часть) районах. Наибольшая среднегодовая скорость ветра наблюдается в Благовещенском районе, наименьшая — в Бийском.

Снежный покров устанавливается в среднем во второй декаде ноября, разрушается в первой декаде апреля. Высота снежного покрова составляет в среднем 40—60 см, в западных районах уменьшается до 20—30 см. Глубина промерзания почвы 50—80 см, на оголенных от снега степных участках возможно промерзание на глубину 2—2,5 м[6].

Водные ресурсы Алтайского края представлены поверхностными и подземными водами. Наиболее крупные реки (из 17 тысяч) — Обь, Бия, Катунь, Чумыш, Алей и Чарыш. Из 13 тысяч озёр самое большое — Кулундинское озеро, его площадь 728 км². Главная водная артерия края — река Обь — длиной в пределах края 493 км, образуется от слияния рек Бии и Катуни. Бассейн Оби занимает 70 % территории края[6].

Многообразие зональных и интразональных ландшафтов Алтайского края способствует видовому разнообразию животного мира. В фауне края насчитывается более 320 видов птиц и 90 видов млекопитающих.