استان زنجان با وسعتی بیش از ۲۲ هزار کیلومترمربع در منطقه شمال‌غرب کشور قرار دارد و به لحاظ طبیعی منطقه‌ای کوهستانی است که فلات زنجان نیز نامیده می‌شود که یکی از استان‌های کوهستانی کشور به شمار می‌آید. میانگین ارتفاع استان بیش از ۱۵۰۰ متر از سطح دریا است.

پست‌ترین نقطه داخل استان با ارتفاع ۳۰۰ متر در منطقه طارم و بلندترین قله آن با ارتفاع ۲۹۰۰ متر در کوه‌های تخت سلیمان از ارتفاعات شهرستان ماهنشان قرار دارد. استان زنجان ۳۴/۱ درصد از مساحت ایران را در برگرفته است و در بین سی‌ویک استان کشور رتبه بیستم را دارد، نکته جالب‌توجه اینکه به همین میزان یعنی حدود ۳/۱ درصد از جمعیت کشور نیز در این استان زندگی می‌کنند. تراکم جمعیت استان در هر کیلومترمربع ۶/۴۸ نفر بوده (سال۱۳۹۵) که این مقدار از میانگین کشوری بیشتر است و رتبه ۱۸ را دارد.

استان زنجان از شمال به استان‌های گیلان، اردبیل، آذربایجان شرقی، از شرق به استان قزوین، از جنوب به استان همدان، از جنوب‌غرب به استان کردستان و از غرب به آذربایجان غربی متصل است. همسایگی استان زنجان با هفت استان سبب ایجاد توان مطلوب برای افزایش تعاملات ملی و منطقه‌ای شده و این ویژگی امکان ایفای نقش‌های چندگانه کسب وکار، تولید و صدور خدمات را برای استان فراهم آورده است.

قرارگیری استان زنجان در حد وسط شمال، مرکز و شمال‌غرب کشور این ویژگی بسیار ممتاز را دارد که نقش توقفگاهی و منزلگاهی مناسبی را برای حمل ونقل بار و مسافر کشور داشته باشد. بطوری که غالب کالاها و مواد وارداتی استان‌های مرزی شمال و شمال‌غرب کشور در این استان تخلیه و از آنجا به سایر نقاط کشور ارسال می شود.

استان زنجان با توجه به امکانات مناسب دسترسی به مرکز، شمال و شمال‌غرب موقعیتی مناسب و مطلوبی برای جذب سرریز جمعیت و فعالیت از استان‌های مرکزی به‌ویژه تهران، آذربایجان‌شرقی و آذربایجان‌غربی دارد. استقرار شبکه زیربنایی و حمل‌ونقل جاده‌ای، راه‌آهن، شبکه‌های انتقال برق، انرژی (نفت و گاز)، مخابرات و… از دیگر عناصر شکل دهنده سازمان فضایی استان است.

از هفت استان همجوار با این استان، چهار استان موقعیت مرزی دارند که به سبب پاره‌ای ملاحظات امنیتی و دفاعی انجام برخی فعالیت‌ها و استقرار برخی امکانات در این استان‌ها با محدودیت‌هایی مواجه است. استان زنجان به‌عنوان نزدیک‌ترین همسایه به آن‌ها محل مناسبی برای انجام برخی فعالیت‌ها و استقرار امکانات پشتیبانی و نقطه آمادی است.

در بین شهرستان های استان، شهرستان طارم از ویژگی‌های جغرافیایی منحصر به فردی برخوردار است. این شهرستان از نظر پستی و بلندی و ناهمواری، منابع آب و خاک، شرایط  اقلیمی و توان کشاورزی تفاوت‌های بارزی با سایر مناطق استان دارد.

براساس آخرین تقسیمات سیاسی واداری؛ استان زنجان متشکل از ۸ شهرستان ،۲۱کانون شهری ، ۱۷بخش، ۴۸ دهستان و ۱۱۸۵ آبادی است. از یک هزار و ۱۸۵ آبادی این استان، ۹۲۶ آبادی دارای سکنه و ۲۵۹ آبادی خالی از سکنه است.

مساحت سطح خشکی استان ۲۱ هزار و ۷۷۳ کیلومترمربع بوده و از نظر اقلیم به ۳ ناحیه تقسیم می‌شود.  ناحیه سردسیر یا کوهستانی که شامل شهرستانهای زنجان، ماهنشان، ابهر، خدابنده، خرمدره و ایجرود است. ناحیه معتدل که در قسمتهایی از غرب استان واقع شده و شامل قشلاقات افشار و بزینه‌رود (شهرستان خدابنده) و قسمتی از دهستان زنجانرود (شهرستان زنجان) و دهستان چایپاره (شهرستان ماهنشان) است. ناحیه گرمسیر در شمال زنجان واقع شده و طارم علیا نیز در این ناحیه قرار دارد.

در مجموع ۵ نوع اقلیم متفاوت در سطح استان قابل تشخیص است. بجز منطقه‌ طارم که دارای اقلیم خشک و معتدل است، سایر مناطق اقلیمی سرد یا فراسرد دارد. این استان تحت تأثیر جریان‌های شمال‌شرقی غالب در تابستان و بادهای باران‌زای غربی در زمستان قرار دارد. این جریانات تحت تأثیر ناهمواری‌ها و شرایط محلی تغییر و تبدیل می‌یابد.

ارتفاعات، مهم‌ترین عامل در تفاوت میزان بارندگی در سطح استان است و این استان از نظر طبقه‌بندی اقلیمی و از نظر بارندگی جزء مناطق خشک و نیمه خشک محسوب می‌شود. متوسط بارندگی در مناطق مختلف استان ۲۰۰ تا ۴۰۰  میلی‌متر است. در ارتفاعات، آب و هوای سرد و کوهستانی، زمستان‌های پربرف و سرد و تابستان معتدل و خشک حکمفرماست و در دشت‌های مابین ارتفاعات آب و هوای معتدل‌تری وجود دارد.

در سال ۱۳۵۷ کلیه شهرهای استان فاقد تاسیسات جمع‌آوری و تصفیه فاضلاب بودند. در حال حاضر با بیش از ۵۰۰ کیلومتر شبکه جمع‌آوری فاضلاب، ۳ تصفیه‌خانه فاضلاب شهری تأسیس شده است. همچنین ۵ شهر دارای انشعاب فاضلاب و ۳۶ درصد جمعیت شهری استان تحت پوشش جمع‌آوری و دفع بهداشتی فاضلاب می‌باشد.

مساحت جنگل‌های استان زنجان در سال ۱۳۵۷ به میزان ۵۶ هزار و ۱۱ هکتار بوده که در سال ۹۲ به ۶۴ هزار و ۱۳۷ هکتار و در سال ۱۳۹۶ به ۷۳ هزار و ۱۳۷ هکتار رسیده است. مساحت مراتع استان نیز به میزان یک میلیون و ۱۳۷ هزار و ۶۰ هکتار برآورد شده است.