仙北市は、秋田県の東部中央に位置し、岩手県と隣接している地域です。

ほぼ中央に水深が日本一である田沢湖があり、東に秋田駒ヶ岳、北に八幡平、南は仙北平野へと開けています。地域の約8割（892.05平方キロメートル）が森林地帯で、奥羽山脈から流れる河川は、仙北地域の水源となっています。

気候は、冬季には全地域で平均気温が氷点下を下回る厳しい寒さですが、地域の南北間では気候、降水量とも差があります。

総面積は、1,093.56平方キロメートルで、秋田県全体の9.4パーセントを占めています。