黑龍江省轄市。位于省境北部，北緯47°42′-51°03′，東經124°45′-129°18′之間。東南和伊春市、綏化市接壤，西南同齊齊哈爾市毗鄰，西部與內蒙古自治區隔嫩江相望，北部與大興安嶺地區相連，東北隔黑龍江與俄羅斯的阿穆爾州相對。全市總面積66802.7平方千米。總人口172萬（2010年）。轄1個市轄區、3個縣，代管2個縣級市：愛輝區、嫩江縣、遜克縣、孫吳縣、北安市、五大連池市。市政府駐愛輝區。
地處大興安嶺東端，小興安嶺北部，地勢西北部高，向東南逐漸降低，南部最低。山區面積約44225平方千米，占全市土地總面積的64.3%。南部為松遼平原的北部，呈長方形，面積24051平方千米，占全市土地總面積的35%。黑龍江位于黑河市北部，是中國與俄羅斯聯邦的界江，在市內的主要支流有法別拉河、公別拉河、遜別拉河、庫爾濱河。嫩江位于本市西部，是黑河市與內蒙古自治區的界江，在市內的主要支流有訥謨爾河、科洛河。市內的通肯河，屬松花江水系。烏裕爾河是內陸河流。屬寒溫帶大陸性季風氣候。全市年平均氣溫為-1.3—0.4℃。全年日照總時數2562-2677小時，年平均降水量在491-540毫米之間。