海西州北有阿尔金山、祁连山脉，西有祁曼塔格山，南有昆仑山脉，中间主体为柴达木盆地，代称柴达木。

海西州常住人口36.9万（2000年）、48.9万（2010年）、46.8万（2020年），近年来有些下滑。

海西州首府德令哈市，地处柴达木盆地东北边缘，市区海拔约2980米，市中心纬度为北纬37°22′08″。

格尔木市（县级市）位于青海省西部，海西州西南部，地处柴达木盆地中南边缘，面积11.9万平方千米，常住人口约30万（2023年），是海西州人口最多的地区。

属格尔木的唐古拉山镇地处青藏高原腹地、三江源自然保护区内，面积4.8万平方公里，约为北京的3倍，上海市7倍，香港的43倍，人口只有约2千。

青藏公路和青藏铁路都经过唐古拉山镇，青藏公路要隘唐古拉山口海拔5231米，青藏铁路唐古拉山站，海拔为5072米，是世界最高的铁路站。