左云縣地處大同西北角，介于北緯39＆deg；44′—40＆deg；15′，東經112＆deg；34′—112＆deg；59′之間。東靠新榮區、云岡區，西接右玉縣，南鄰懷仁市、山陰縣，北隔長城與內蒙古涼城縣接壤，東西寬約34公里，南北長約56公里，國土總面積1293．6平方公里，占全市總面積的9．1％。全縣海拔1020米—2020米，地勢高差較大，西北部五路山為全縣最高點，海拔2020米，最低點位于十里河流域與云岡區交界處，海拔1020米。地貌特征以黃土丘陵區為主，屬溫帶半干旱大陸性氣候。

土地資源廣闊。境內地勢高亢，起伏較大，最高處位于西北部的五路山，最低處位于十里河流域左云縣與云岡區交界處。全境四面多山，中部為丘陵，平川少，山地和丘陵多，河川階地面積占比23．9％，山地和丘陵面積占比76．1％，形成了西北、東南高，中間和西南低的地貌特征。全縣有農用地158．08萬畝，其中耕地57．48萬畝。

礦產資源豐富。全縣以十里河為界，十里河以南為主要礦區。目前已發現煤、頁巖氣（煤層氣）、耐火粘土、陶瓷粘土、磚瓦粘土、高嶺巖、玄武巖等17種礦產資源。高嶺巖儲量約4500萬噸、粘土儲量約1億噸，活性炭原料煤儲量約1600多萬噸，均是我國稀缺的高品位礦產資源。煤炭資源最為豐富，累計探明煤炭儲量約182億噸，全縣有煤礦20座，總設計能力4240萬噸/年。

生態環境優越。全縣林地面積93．92萬畝，草地面積26．08萬畝，林草覆蓋率62．7％，林木覆蓋率49．27％，森林覆蓋率27．99％，是全國造林綠化百佳縣、全國綠化模范縣、國家級生態示范區、全省首批林業生態縣，年平均空氣質量二級以上優良天數315天左右，是綠色夏都、清涼勝地。

河流流域獨特。地跨黃河和海河兩大流域，是大同市唯一涉及黃河流域的縣份。其中，黃河流域面積76平方公里，河流有馬營河、歐家村河、三道河，均為季節性河流，河水匯入右玉縣蒼頭河北經內蒙古渾河流入黃河；海河流域面積1217．6平方公里，有十里河、源子河、大峪河、淤泥河、小峪河、大南河、鵝毛口河、峙峰山河8條主要河流。

文化底蘊深厚。境內文化遺跡眾多，不可移動文物431處，可移動文物1122件。1956年在東辛莊村出土的“秦權”現收藏于中國歷史博物館。長城資源豐富，境內有東漢、北齊、明代三個朝代總長度62．838公里的長城遺址。左云古城是全省第二批歷史文化名城、第一批歷史文化街區。文化事業繁榮，有中國作協會員4名，省、市作協會員60余名，居全省各縣區之首。

區位優勢明顯。東臨京津冀，西接呼包鄂，大呼高速、109國道橫穿東西，210省道縱貫南北。全縣公路總里程1353．858公里，其中國道33．75公里、省道52．11公里、縣道305．099公里、鄉道356．21公里、村道576．54公里，路網密度104．7公里/百平方公里，通村公路硬化率達100％。