Hà Giang dibatasi oleh Cao Bằng, Tuyên Quang, Lào Cai, dan wilayah Yên Bái dan mempunyai sempadan antarabangsa yang sama dengan China di utara. Hà Giang mempunyai banyak gunung berbatu yang tinggi, pembentukan batu kapur dan mata air; gunung penting ialah Cam dan Mo Neo. Sungai-sungai utama di rantau ini adalah Sungai Lô (bandar Hà Giang terletak di tebing kiri) dan Sungai Mien.[3]

Topografi wilayah Hà Giang agak kompleks dengan "suhu sederhana, tetapi montane setempat dengan corak cuaca yang mewujudkan keadaan yang berubah-ubah di kawasan-kawasan yang berbeza".[9] Hà Giang mempunyai puncak batu kapur dan granit yang mengagumkan. Ia mempunyai tiga wilayah. Secara iklim, ia mempunyai dua musim, kering dan monsun, bergantung kepada ketinggian rantau ini. Zon dua utara iklim Indochina di sempadan mempengaruhi iklim di bahagian wilayah itu. Kawasan yang lebih rendah di wilayah ini terdiri daripada bukit-bukit rendah, Lembah Sungai Lô dan bandar Hà Giang.[4][7][9][10] Di daerah Cao Bồ, musim kering berlangsung dari pertengahan bulan September hingga akhir bulan Mei, dan tempoh baki tahun adalah musim hujan. Walau bagaimanapun, di daerah Du Già musim hujan ditetapkan dalam sebulan lebih awal. Purata suhu tahunan di ibu kota Hà Giang adalah 22.78 °C (73.00 °F). Purata bulanan adalah dari 15.48 °C (59.86 °F) pada bulan Januari hingga tinggi 27.88 °C (82.18 °F) pada bulan Julai. Hujan tahunan di bandar Hà Giang adalah 2,430.1 milimeter (95.67 in); berbeza purata bulanan daripada serendah 31.5 milimeter (1.24 in) pada bulan Disember hingga tinggi 515.6 milimeter (20.30 in) pada bulan Julai. Purata kelembapan tahunan ialah 84%.

Hà Giang mempunyai banyak gunung, termasuk dua puncak tertinggi iaitu Tây Côn Lĩnh ( 2,419 meter (7,936 ka)) dan Kiều Liêu Ti ( 2,402 meter (7,881 ka)) dan hutan yang menyediakan kayu. Ia mempunyai kira-kira 1,000 spesies tumbuhan herba. Fauna termasuk harimau, merak, kuang, dan pangolin.[3] Bandar Hà Giang telah mengalami kerosakan teruk semasa perang 1979 dengan China tetapi telah dibina semula.