Sarıkamış, Ülkemizin Doğu Anadolu Bölgesinde yer alan, doğusunda Selim ve Kağızman, batısında Şenkaya ve Horasan, güneyinde Horasan ve Eleşkirt, kuzeyinde ise Selim ve Şenkaya ilçe sınırları ile çevrili, ortalama yüksekliği 1500-2000  metre olan yüksek bir plato durumundadır.

En yüksek dağı 3138 metre rakımlı  Aladağ'dır. Aladağ'ı 2909 metre rakımlı Süphan Dağı, 2835 metre rakımlı Balıklı Dağı, 2599 metre rakımlı Kösedağı, 2634 metre rakımlı Çıplakdağ ve 2849 metre rakımlı Soğanlı Dağı takip etmektedir. Başlıca akarsuları Aras Nehri, Kars Çayı, Zivin ve Keklik Dereleri'dir. Akarsuların akışlarının düzensizliği ve derin vadileri takip etmelerinden dolayı sulamada fazla kullanılmamaktadır.

İlçenin yüz ölçümü 1732 km2  olup, 30 bin hektarlık alanı Sarıçam ormanları ile kaplıdır. İlçenin kadastrosu yapılmadığından tarım arazilerinin miktarı bilinmemektedir.

Karasal iklime sahip olan Sarıkamış'ta kışları çok soğuk ve sert, yazlar ise serin geçmektedir. Kış aylarının 7-8 ay devam ettiği ilçede en yağışlı ay Mayıs, en kurak ay ise Aralık'tır. Kar yağışı ortalama 1-2 metre olmaktadır.

İlçemiz; 29.519 hektar normal koru, 8.128 hektar bozuk koru  olmak  üzere  toplam  37.647 hektar koru ormanına sahiptir. Ayrıca 213,5 hektar bozuk baltalık olmak üzere  37.860,5 hektar ormanlık alana sahiptir.