در محدوده جغرافیایی ۵۴ درجه تا ۵۶ درجه طول شرقی و ۳۶٫۳۰ تا ۳۸٫۱۵ عرض شمالی و در بین استان‌های مازندران، سمنان و خراسان شمالی قرار دارد. گلستان با کشور ترکمنستان نیز هم جوار و دارای ۳۴۸ کیلومتر مرز خاکی و ۹۰ کیلومتر مرز آبی با این کشور است. این استان به دلیل جایگاه جغرافیایی ویژهٔ خود از آب و هوای گوناگونی برخوردار است. بخشی از رشته کوه البرز شرقی از غرب به سوی شرق استان کشیده شده که گرایش زیادی به سوی شمال شرقی دارد و رفته‌ رفته از بلندی کوه‌های آن کاسته می‌شود. شاهوار با بلندی ۳۳۲۰ متر از سطح دریا، که بلندترین قلهٔ استان است، در جنوب غربی استان جای دارد. در پایه این بلندی‌ها، به‌ ویژه در جنوب و شرق استان، کوهپایه‌هایی از رسوب‌های دانه ریز و دانه درشت دیده می‌شود که سفره‌های آب زیرزمینی فراوانی را در خود دارند و به صورت چاه و قنات از آن‌ها بهره‌برداری می‌شود. بخش زیادی از پهنهٔ استان گلستان به صورت جلگه‌است.
در بخش جلگه‌ای دو گونه آب و هوا دیده می‌شود. بیش از ۳/۲ این جلگه آب و هوای خشک و نیمه خشک دارد که هر چه به سوی شمال و مرز ترکمنستان نزدیک می‌شویم بر خشکی آن افزوده می‌شود. ۳/۱ دیگر، که مانند نواری سبز بین بخش کوهستانی در جنوب و بخش خشک و نیمه‌خشک در شمال جای گرفته‌است، آب و هوای معتدلی دارد و از نظر کشاورزی بسیار پر بازده‌ است. بیش‌تر شهرها و روستاهای استان نیز در این ناحیهٔ سرسبز جای گرفته‌اند. دو تودهٔ هوا در تعیین آب و هوای استان نقش مهمی دارند. تودهٔ شمالی از سیبری به استان وارد می‌شود و طی پاییز و زمستان با ریزش برف در بلندی‌های جنوبی و باران در کوه‌پایه‌ها و نوار معتدل میانی همراه می‌شود.

تودهٔ دیگر، تودهٔ غربی از اقیانوس اطلس و دریای مدیترانه سرچشمه می‌گیرد و در زمستان به بارندگی و در تابستان به افزایش رطوبت و شرجی شدن هوای استان می‌انجامد. بنابراین، بیش‌ترین بارندگی در ماه‌های زمستان و کم‌ترین آن در ماه‌های تابستان دیده می‌شود. با این همه، نیمهٔ شمالی استان، بخش نیمه‌خشک و خشک، از کم‌ترین بارندگی بهره‌مند است و به دلیل تبخیر زیاد آب، زمین‌های شور و کم‌بازده نیز بسیار دارد.
میزان بارندگی در استان گلستان هر چند از دو استان شمالی مازندران و گیلان کم‌تر است، اما نسبت به استان‌های دیگر بسیار بهتر است و میانگین بارش سالانهٔ آن ۳ برابر میانگین بارش سالانه کشور است. مجموع حجم آب‌های سطحی و زیرزمینی استان بیش از ۲۴۰۰ میلیون متر مکعب است که ۵۲ درصد آن را آب‌های سطحی و ۴۸ درصد آن را آب‌های زیرزمینی تشکیل می‌دهند. آب‌ها سطحی در بیش از ۴۰ شاخه رود جاری هستند که بیش‌تر آن‌ها از جنوب به شمال و از شرق به غرب جریان دارند. رود اترک، گرگان‌رود و رود قره‌سو، سه رود مهم استان گلستان هستند.
 رود اترک
این رود از کوه‌های هزارمسجد خراسان سرچشمه می‌گیرد و نزدیک ۱۲۰ کیلومتر آن، مرز آبی ایران وترکمنستان را می‌سازد. این رود سرانجام در خلیج حسین‌قلی به دریای خزر می‌ریزد.
گرگان‌رود
این رود از دامنه‌های شمالی البرز شرقی و دامنه‌های غربی بلندی‌های خراسان سرچشمه می‌گیرد و پس از گذشتن از شهرهای گنبد کاووس و آق‌قلا، در غرب روستای خواجه‌نفس با تشکیل دلتای بزرگی به دریای خزر می‌ریزد. رودهای کوچک زیادی، مانند زاو، دوغ، تیل‌آباد، رامیان و محمدآباد، به گرگان‌رود می‌پیوندند و آن را رود بزرگی می‌سازند. تا کنون سدهای وشمگیر و گلستان ۱ و ۲، که هر سه از گونهٔ سدهای خاکی هستند، روی این رود و شاخه‌های آن ساخته شده‌است که در بهبود کشاورزی استان سودمند بوده‌اند.
رود قره‌سو
این رود از کوه‌های النگ در کوه‌های البرز شرقی سرچشمه می‌گیرد و رودهای نومل، زیارت، گرماب‌دشت، ناهارخوران و چند رود کوچک دیگر به آن می‌پیوندند و سرانجام به خلیج گرگان می‌ریزد. استان گلستان به دلیل بارندگی مناسب از سفره‌های آب زیرزمینی سرشاری بهره‌مند است.
این آب‌ها را از راه چاه و قنات به سطح زمین می‌آورند یا خود به صورت چشمه به بیرون راه پیدا می‌کنند. نزدیک ۴ هزار چاه عمیق، ۱۰ هزار چاه نیمه‌عمیق، بیش از ۲۶۰ قنات و ۳۸۴ چشمه در استان وجود دارد که از آب آن‌ها برای کشاورزی، پرروش ماهی و آب نوشیدنی شهرها و روستاهای استان بهره‌برداری می‌شود. از ۳ تالاب مهم استان،تالاب آلماگل، تالاب آجی‌گل و تالاب آلاگل نیز در زمان پرآبی برای کشاورزی و پروش ماهی بهره‌برداری می‌شود. کوثر، وشمگیر، گرگان، نومل، گرمابدشت، گلستان یک و دو از سدهای مهم استان هستند.
وضعیت ناهمواری
استان گلستان از نظر ناهمواری به سه ناحیه زیر تقسیم می‌شود:

ناحیهٔ کوهستانی: این ناحیه از ارتفاع ۵۰۰ متری تا بیش از ۳۰۰۰ متر را در بر گرفته و پوشیده از گونه‌های جنگلی و مرتعی است.
ناحیهٔ کوهپایه‌ای: این ناحیه شامل تپه‌های کوچک بادرُفت، تپه‌ماهورها و بدبوم‌ها است که پوشیده از اراضی جنگلی هستند.
ناحیه جلگه‌ای و اراضی پست: ارتفاع این ناحیه در حاشیه دریاچه کاسپین و خلیج گرگان پایین‌تر از سطح دریای آزاد و به تدریج به سمت شرق به ارتفاع افزوده می‌شود. این منطقه محل استقرار شهرها و اکثر روستاهای استان است. به لحاظ تراکم جمعیت، اراضی کشاورزی، صنایع، دامپروری از اهمیت بسزایی برخوردار است.
از مجموع مساحت استان گلستان حدود 1126000 هکتار را مرتع و 430000 هکتا را جنگل تشکیل داده و در مجموع حدود 70 درصد از سطح استان را منابع طبیعی تشکیل می دهد.
 پوشش گیاهی
با توجه به موقعیت جغرافیایی و شرایط آب و هوایی و جنس خاک ها این استان از پوشش گیاهی متنوعی از قبیل جنگل انبوه. چمنزار و استپ برخوردار است. مجاورت با دریای خزر و رشته کوههای البرز سبب شده که به تبعیت از آب و هوا در دامنه شمالی البرز از خط ساحلی دریای خزر تا قلل مرتفع متناسب با افزایش ارتفاع پوشش گیاهی متنوعی به صورت نوارهای مشخص به وجود آید. ارتفاعات بیش از 1500 متر کمتر از 1500 متر تا کوهپایه ها پوشیده از جنگل های انبوه پهن برگ است. از کوهپایه ها به طرف جلگه هم محصولات زراعتی پوشش گیاهی منطقه را تشکیل می دهد. از حدود شمال گرگانرود تا مرز ترکمنستان نیز بیشتر از گیاهان مراتع استپی پوشیده شده است. در ناحیه جنوبی جنگل های سوزنی برگ ارس و سرخدار بر زیبایی های منطقه افزوده است.
جنگل ها
این جنگل ها از گلوگاه در غرب تا گلی داغ در شرق استان گلستان به طول تقریبی 260 کیلومتر امتداد دارد. 60 درصد از این جنگل ها تولیدی و 40 درصد آن نیز مخروبه و مورد حفاظت است. گونه های با ارزشی چون: بلند مازو. راش. توسکا. افرا. آلوکک. بارانک. ملج. نمدار. شیردار. ون. گردو و … در این جنگل ها وجود دارد. گونه بلند مازو درخت غالب جنگل های شرق استان بوده و گونه های باارزش و نادری چون: سرخدار. سرونوش و زربین نیز در بین این جنگل ها دیده می شود.
مراتع
مساحت مراتع استان 1126000 هکتار برآورد شده که شامل ییلاقی در جنوب. جنگل های شمالی و مراتع قشلاقی در دشت گرگان و مراتع در بند است. این مراتع از نظر کیفیت به شرح زیر درجه بندی شدهاند:
1. مراتع خوب که در حدود 222000 هکتار بوده و به طور عمده ییلاقی ست و تولید سالیانه آن در هکتار به 350 کیلوگرم می رسد.
2. مراتع متوسط که در حدود 245000 هکتار برآورد شده و بیشتر در مناطق قشلاقی واقع است و تولید سالیانه آن در هکتار به 200 کیلوگرم می رسد
3. مناطق فقیر تا خیلی فقیر که در حدود 659000 هکتار از مجموع مراتع استان را تشکیل داده و بیشتر در مناطق قشلاقی واقع است و تولید سالیانه آن در هکتار بالغ بر 50 تا 100 کیلوگرم می شود.
تعداد دام های متکی به مراتع حدود 2500000  واحد دامی با حدود 7000 بهره بردار تعیین شده است. مدت بهره برداری از مراتع قشلاقی منطقه چهار ماه بوده و بهره برداران از مراتع نیز علاوه بر ساکنان بومی ازقومیتهای   مختلف از جمله کرد. عشایر شمال خراسان. ترکمن و شاهرودی اند.  
 حوزه آبخیز

حوزه آبخیز استان گلستان با مساحتی بالغ بر 2200 کیلومترمربع شامل پنج زیرحوزه به نام های گرگانرود (سد وشمگیر) گرگانرود غربی. اترک. قره سو. غرب قره سو است. به دلیل شرایط خاص مرفولوژی این منطقه دارای تنوع زیادی از لحاظ اقلیمی و … است به طوری که وجود ارتفاعات البرز تا پهنه دشت ترکمن صحرا شرایط مختلفی را در میزان هیدرولوژی. اقلیم. پوشش گیاهی و استفاده از اراضی به وجود آورده شرایطی که هریک از آنها در برابر میزان فرسایش پذیری مقاومت مختلفی را از خود بروز می دهد.