Karaman, 37.11 kuzey enlemleri, 33.15 doğu boylamları arasında İç Anadolu Bölgesinin güneyinde yer alır. Kuzeyinde Konya, güneyinde Mersin, doğusunda Ereğli, güneydoğusunda Silifke, batısında Antalya yer alır. Deniz seviyesinden yüksekliği 1.033 metredir. İlin genel yüzölçümü 8.863 km²’dir. Bunun 4.268,50 km²’si merkez ilçe, 4.594,50 km²’si de diğer 5 ilçenin yüzölçümünü oluşturmaktadır. Karaman ilinin merkez ilçe dahil 6 ilçesi vardır. Bunlar; Merkez ilçe, Ayrancı, Başyayla, Ermenek, Kazımkarabekir ve Sarıveliler’dir. ​

Karaman iklim yönünden, kışları soğuk ve kar yağışlı, yazları sıcak ve kurak olan karasal iklim özelliklerini taşır. Göksu vadisi ile Torosların güney yamaçlarında iklim daha yumuşaktır. Ülkemizde en yüksek yağış ortalaması 2.236,2 kg/m², en düşük yağış ortalaması 328 kg/m² olup ilimizde bu ortalama 336.3 kg/m²’dir. Bu da ilimizin çok az yağış alan bir bölgede olduğunu göstermektedir. ​

Karaman arazi bakımından genel olarak düzlüktür. Batısında Hacıbaba Dağı (2.481 m.), kuzeyinde Karadağ (2.271 m.), güneyinde Orta Toroslar (1.553 m. ile 3.227 m. arasında değişen çok sayıda dağ ve tepe) mevcuttur. ​

İl sınırları içinde Göksu, İbrala Deresi, Gödet Deresi, Ermenek Çayı ve Kocadere başlıca akarsulardır. Doğusunda Akgöl, kuzeyinde Acıgöl bulunmaktadır. Suni göl olarak Ermenek Barajı, Gödet Barajı, Ayrancı Barajı ve İbrala Barajı yer almaktadır. ​

Jeolojik açıdan Karaman, sağlam bir arazi yapısına sahip olup, 5'inci derece deprem kuşağında bulunmaktadır. İl, deprem açısından riski en az bölgeler içinde yer almaktadır. ​