定西市地势自西南向东北倾斜，地势最高处为西南部高峰乡城门寨，海拔2577.3米，最低处为北部关川河谷地，海拔1671.3米，城区所在地海拔为1898.7米。全境处祖厉河支流关川河流域，在关川河与渭河流域分水岭之北、关川河与秦祁河、苑川河流域分水岭之东西、巩河与厉河分水岭及祖厉河之西。大地构造属祁连山加里东褶皱带东部、陇西旋卷体的一部分。