Sa Pa là huyện miền núi, vùng cao, ở phía Bắc của tỉnh Lào Cai, có diện tích tự nhiên là 68.329 ha, chiếm 8,24% diện tích tự nhiên của tỉnh. Sa Pa nằm ở vị trí 22,22 độ Bắc, 103,51 độ Đông, phía Tây giáp huyện Tam Đường và huyện Than Uyên (tỉnh Lai Châu), phía Bắc giáp huyện Bát Xát, phía Nam và Đông Nam giáp huyện Văn Bàn và thành phố Lào Cai, cách thủ đô Hà Nội 375km, cách tỉnh lỵ Lào Cai 38km.
Sa Pa có địa hình đặc trưng của miền núi phía Bắc, độ dốc lớn, trung bình từ 35 - 40o, có nơi độ dốc trên 45o, địa hình hiểm trở và chia cắt lớn, độ cao trung bình từ 1500 – 1600m. Là huyện miền núi, cho nên phần lớn diện tích của huyện là các dãy núi cao, đất đai chia thành hai vùng rõ rệt. Vùng núi cao là các dãy núi Hoàng Liên Sơn, Tả Giàng Phình và Hàm Rồng, có độ dốc cao nên độ màu của đất bị rửa trôi, không thích hợp với các loại cây nông nghiệp. Vùng thung lũng bao gồm các dải đất hẹp chạy dài theo chân dãy núi. Đây là vùng đất đai duy nhất ở Sa Pa thích hợp với việc phát triển cây lúa nước, song chỉ chiếm khoảng 10% tổng số diện tích đất tự nhiên của toàn huyện. Đất đai Sa Pa chia làm 2 loại, với số lượng đất nông nghiệp để trồng lúa nước và các loại hoa màu khác khoảng 3824,54ha; 10,8% đất lâm nghiệp khoảng 63.085,83ha = 89%.
Sa Pa có mạng lưới sông suối khá dày, trung bình khoảng 0,7- 1,0km/km2. Với hai hệ thống suối chính là: Sối Đum và suối Bo. Các suối hầu hết có lòng hẹp, dốc, thác ghềnh. Nhiều suối nước lớn bắt nguồn từ dãy
Hoàng Liên Sơn. Các nguồn nước từ con suối này có vai trò rất quan trọng đối với hoạt động sản xuất nông nghiệp của đồng bào các dân tộc Sa Pa. Ở một số địa điểm thuận lợi có thể xây dựng các công trình thủy điện vừa và nhỏ, đáp ứng cho nhu cầu của con người.
Sa Pa chia thành nhiều tiểu vùng khí hậu rõ rệt. Sa Pa nằm sát chí tuyến trong vành đai Á nhiệt đới Bắc bán cầu, có khí hậu ôn đới lạnh. Nhiệt độ trung bình 15,3 độ, nhiệt độ trung bình từ 18 - 200
C vào tháng mùa hè, mùa đông từ 10 - 120
C, có năm nhiệt độ giảm tới -3,2 độ; độ ẩm từ 85 - 90%. Sa Pa có cảnh quan thiên nhiên phong phú phù hợp với loại hình du lịch dã ngoại, tham quan và nghỉ dưỡng. Với những điều kiện đó, Sa Pa từ lâu đã là nơi nghỉ mát nổi tiếng trong nước và thế giới.
Sa Pa là nơi có tài nguyên rừng đa dạng, có trữ lượng lớn đặc biệt là dãy núi Hoàng Liên Sơn với nhiều loại gỗ quý hiếm như pơ mu, lim, sến, táu, v.v.. Sa Pa là nơi có thảm động - thực vật đa dạng, phong phú với nhiều loài động vật quý, nhiều loài cây làm dược liệu quý hiếm như tam thất hoang, đẳng sâm, hoàng liên chân chim, hoàng liên gai, v.v.. Hơn 500 ha cây thảo quả là một loại dược liệu quí có giá trị xuất khẩu; với 105 loài hoa, cây cảnh, hàng trăm loài phong lan... Ngoài các tiềm năng sẵn có, Sa Pa còn là nơi trồng nhiều cây dược liệu có giá trị về y học, đồng thời Sa Pa còn là nơi nhập nội di thực hàng trăm các loài giống rau như cải xoong, xu hào, bắp cải… cung cấp cho mọi miền Tổ quốc. Theo kết quả điều tra nghiên cứu của viện địa chất và khoáng sản, Sa Pa có các loại khoáng sản quí như: Vàng sa khoáng, bạc, cao lanh, nước khoáng siêu nhạt ở Tắc Cô, v.v..
