一、地形地貌
子长县地处陕北黄土高原丘陵沟壑区横山山脉东端，主脊为秀延河与涧峪岔河分水岭，北支岭为大理河与淮宁河（境内河段称涧峪岔河）分水岭，南支岭又为延河上游的分水岭。这些山岭均为黄土厚积而成的起伏山梁。地势由西北向东南微倾，海拔930～1562米，为波状起伏的黄土高原峁梁丘陵沟壑地形，地表支离破碎，关隘、垭口密布，利于部队隐蔽伪装、固守和出击；同时，道路少，部队越野困难；视界受阻，战斗队形易被割裂；地形破碎，部队后勤补给不便等，对部队作战行动影响甚大。
根据海拔高度、地面组成物质及地貌组合差异，境内地貌可划为四区。
北部梁峁状黄土丘陵区
包括涧峪岔、南沟岔镇、高台管委会三大部，海拔1200～1400米左右，除川道外，大部分地区山多沟窄，地形崎岖。西北部为砂黄土覆盖区，属无定河系的大理河流域，梁峁起伏大于250米，水土流失严重。东南部属涧峪岔河流域，多为黄绵土覆盖区，梁峁起伏在250米左右。涧峪岔河横贯中部，有宽大的阶地和冲积平地，为子长主要粮食产地。
中部秀延河流域黄土丘陵区
包括瓦窑堡镇、杨家园则镇全部，栾家坪乡、史家畔乡、玉家湾镇、马家砭镇大部，安定镇少部地区。秀延河由西而东，横贯本区中部，为全县最大的河谷川道区。两侧山势趋缓，峁梁相间，峁状略圆，海拔1100～1200米。北侧支流沟道较宽，呈河沟类型。本区西部（玉家湾、栾家坪）梁峁起伏在250～300米之间，余皆在200米以下。本区地势较低，水利条件好，为全县主要粮食生产基地。
南部峁梁状黄土丘陵区
包括余家坪、热寺湾乡全部，马家砭镇、史家畔乡部分地区，为永坪川北侧支流水系源头。海拔多在1250米以上，起伏在150～200米之间，山梁短窄，峁小顶尖，坡度较缓，沟谷发育，水土流失较轻，侵蚀模数低于13000吨/平方公里。以峁梁沟坡地形为主，平川地仅在余家坪河谷可见。
西部河源梁状黄土山区
包括李家岔镇、寺湾乡、石家湾管委会全部，安定镇大部，涧峪岔、玉家湾、栾家坪三乡（镇）少部分地区。海拔1400～1562米之间。区内梁长、坡陡、谷狭沟深，峰峦重叠，山势陡峭，地形起伏大，相对高差300米左右，梁顶较和缓，一般为10°～25°，梁坡上部为25°～45°，下部为45°～75°。由于山高坡陡，是白于山东延部分主脊，中山川南侧起伏较和缓，但梁峁顶面短窄，滑坡现象仍较严重。
二、主要山脉
子长县北界的无定河与秀延河分水岭属横山山系东向支脉，境内的山梁均由其支脉派生。据1981年地名普查，全县海拔在1100米以上、跨度1公里以上的山脉有79座，现将海拔在1500米以上，跨度在1公里以上的15座山脉简记于后。
营盘山 在县西，距县城27.40公里，地处北纬37°08′，东经109°21′，海拔1533米，南北纵贯1公里。
国家元峁 在县西，距县城25.50公里，地处北纬37°08′，东经109°22′，海拔1511米，南北纵贯1.04公里。
羊路山 在县西，距县城28.80公里，地处北纬37°09′，东经109°20′，海拔1526米，南北纵贯5.50公里。
高粱山 在县西，距县城28公里，地处北纬37°10′，东经109°21′，海拔1522米，南北纵贯3公里。
康家梁 在县西南，距县城22.50公里，地处北纬37°01′，东经109°27′，海拔1500米，东西横跨1.10公里。
朱四山 在县西北，距县城22.70公里，地处北纬37°12′，东经109°22′，海拔1502米，西北东南走向，跨度4.20公里。
上山 在县西北，距县城45公里，地处北纬37°19′，东经109°12′，海拔1532米，南北长4.40公里。
前大山 在县西北，距县城30.50公里，地处北纬37°13′，东经109°20′，海拔1525米，南北纵贯2公里。
老南家湾圪梁 在县西北，距县城33.3公里，地处北纬37°17′，东经109°20′，海拔1560.30米，为子长县第二大高山，南北纵贯3.50公里。
墩梁圪堵 在县西北，距县城35.40公里，地处北纬37°15′，东经109°17′，海拔1562米，为子长县最高的山脉，南北纵贯2.50公里。
吴家梁 在县西北，距县城28.50公里，地处北纬37°15′，东经109°23′，海拔1507米，南北纵贯2公里。
姬家山 在县西北，距县城31.50公里，地处北纬37°15′，东经109°20′，海拔1550米，南北纵贯2公里。
天神庙梁 在县西北，距县城32公里，地处北纬37°14′，东经109°20′，海拔1535米，东西横跨2公里。
墩山 在县西北，距县城约32.40公里，地处北纬37°12′，东经109°18′，海拔1512米，南北长1公里。
大梁山 在县西北，距县城约33公里，地处北纬37°13′，东经109°19′，海拔1527米，南北跨越1.30公里。
三、气候
子长县属暖温带半干旱大陆性季风气候，一年四季各有特点：春季干旱、多风沙，常出现大风扬沙降温天气；夏季多出现局部雷雨或暴雨，并常伴有冰雹、大风；秋季常出现连绵阴雨，有时伴有局部性雷阵雨，造成道路泥泞，部队行动不便，也易造成野战工事或地下工事的倾塌毁坏；冬季多西北风，干燥寒冷，封冻期长，冻土一般在1米左右，影响工事的挖掘构筑。另外，大风扬沙天气造成的地方性尘幕，对飞机的飞行、空射和空投影响甚大。
气温 年平均气温在8～9.7℃之间。最热为6～8月，平均气温23℃，最冷为1月，平均-7.0℃，年较高气温30℃。年极端最高气温37.6℃（1966年6月），年极端最低气温-26℃（1984年、2004年）。历年极端最高气温出现在6～8月，极端最低气温出现在12～2月。由于受地形、地貌和植被等因素的影响，境内各地气温均有差异。
冻土 据气象资料显示，境内冻土初日，历年平均在10月26日，最早在10月14日。冻土终日，历年平均在4月5日，最晚在4月22日。一年中，10月至次年4月共七个月有冻土。历年各月最大冻土深度，一月最深，约102厘米，2月约101厘米，3月约90厘米，12月约75厘米，11月约16厘米，10月约7厘米，4月约4厘米。
降水 境内降水年内分布不均，年际变化较大，降水最多年份达769.60毫米（1962年），最小年份为279.60毫米（1972年），年平均降水量为534.3毫米。年内各月的降水呈单峰型分布，降水多集中于7、8、9三个月，达327.20毫米，占年降水量的63.80%，其中7月份为高峰，达130.20毫米，占年降水量的25.40%，8、9两个月分别为113.50毫米和83.50毫米。1月和12月最少，降水量均为2.6毫米，各占年降水量的0.50%。降雪据气象资料显示，全年平均降雪量30毫米以上。降雪初日，平均为11月3日，最早为9月30日；降雪终日，平均为4月4日，最晚为5月6日。积雪初日，平均为11月15日，最早为10月24日；积雪终日，平均在3月14日，最晚在5月6日。历年各月最大降雪日数，最大值在12月，达22天。历年各月最大积雪日数，最大值在2月，达13天。历年各月最大积雪厚度，最大值出现在3月，为14厘米。
气压 气压的高低变化与气温成反比。子长县属大陆性气压，年平均气压895.90毫巴。气压日变化为清晨高、下午低，年变化为冬季高、夏季低。冬季受蒙古冷高气压的控制，极端最高气压达902毫巴，夏季极端最低气压887.40毫巴。秋季气压略高于春季。
风 县境地处行星风系西北带，在地形、季风气候的综合影响下，以西北风居多，占全年风向的66%，东南风及其他风向也占一定比例。冬春季节受内蒙古冷高压的控制，形成强烈的西北风，占全年西北风的56%（其中冬季占28.8%）。夏秋季节受东南沿海副热带高压影响，多刮东南风，占全年东南风的53%，东南风带来沿海的水汽，往往形成降雨天气。
境内平均风速为1.76米/秒。各月平均最大风速出现在5月和6月，均为2.1米/秒；平均最小风速出现在9月和10月，均为1.40米/秒。最大风速，冬季8～10米/秒，春季8～12米/秒，夏季10～14米/秒，秋季7～12米/秒。
雾 雾日年平均83天，多出现于凉湿多雨时节。各月的雾日数，以9月最多，约19天，10月约17天，8月约16天，其余各月约在2～6天之间。一日内，雾多数生成于早晨7时前，消失于9时前。
四、水系
子长县饮用水源主要有井水、泉水和河渠水。水源的水量区域分布大致为：黄土大峡谷和地势低平的河谷地带水源丰富，居民居住密集，便于部队宿营、集结；黄土山丘和分水岭地区水源缺乏，居民稀疏，对大部队供水颇为困难。据调查：南沟岔、涧峪岔、李家岔、高台、石家湾（镇、管委会）为水量一般区；热寺湾乡和马家砭镇南半部为缺水区；其余乡（镇）为水源水量充足区。境内主要河流有秀延河、涧峪岔河，主要水库有中山川水库。
秀延河为清涧河的上游，发源于安塞县坪桥乡东部山区，由李家岔镇乔家岔村入境，马家砭镇苗家沟村出境，境内流长77公里，沿途支流分布在全县4/5地区。常水期流量1.45立方米/秒，洪水期流量31.50立方米/秒，枯水期流量0.21立方米/秒，变差很大。
涧峪岔河发源于子长县李家岔镇新庄村至榆树峁，由南沟岔镇的湫沟湾处出境入子洲县淮宁河，境内流长36公里，此河在常水、洪水、枯水三个不同期的变差也较大。有轻度污染。
中山川水库位于子长县秀延河支流白庙岔河上，距县城35公里。1976年12月蓄水投入运行。中山川水库大坝为碾压式均质土坝，坝高58米，坝顶长340米，宽8米，坝基高程1199.42米，坝顶高程1257.42米，设计洪水位1253.82米，校核洪水面1255.12米，滞洪库容1224万立方米，兴利水位1251.42米，有效库容3123万立方米，死水位1211.92米，死库容83万立方米，正常高水位1250.41米。可满足下游县、7个乡镇、64个村庄1500多亩川地灌溉，7万人口供水及西包公路和神延铁路的排洪能力。
五、矿产资源
子长县境内矿产资源丰富，种类繁多。具有开采利用价值的有煤、石油、石灰石、天然气、铁、高岭土、煤玉、黏土等10余种。其中煤炭、石油资源比较突出。
煤炭主要分布在西至安定，东至史家畔，北至涧峪岔、南沟岔，南至余家坪的方圆地带，现已探明储量为28.94亿吨，可开采量为2.14亿吨。
石油主要分布在中山川区、子长城区（含寺湾）、县北探区、东探区。至2005年，已勘探的302平方公里内，储油面积为211.20平方公里，储油总量为8095.70万吨，可采面积为91.70平方公里，可采储量为4010万吨。
