Lai Châu là tỉnh miền núi cao, nằm ở phía bắc sông Đà. Phía bắc giáp tỉnh Vân Nam (Trung Quốc), phía đông bắc giáp tỉnh Lào Cai, phía đông nam giáp tỉnh Yên Bái, phía nam giáp tỉnh Sơn La, phía tây và tây nam giáp tỉnh Điện Biên. Khí hậu mang tính chất gió mùa chí tuyến. Nhiệt độ trung bình năm khoảng 21ºC - 23ºC chia làm 2 mùa, mùa mưa và mùa khô.

Địa hình tỉnh Lai Châu được cấu tạo bởi những dãy núi chạy dài theo hướng tây bắc - đông nam, có nhiều đỉnh núi cao, đỉnh Pu Sa Leng cao 3.096m. Núi đồi cao và dốc, xen kẽ nhiều thung lũng sâu và hẹp, có nhiều cao nguyên, sông suối. Sông có nhiều thác ghềnh, dòng chảy lưu lượng lớn nên tiềm năng thuỷ điện rất lớn.

Lai Châu là một tỉnh có phong cảnh thiên nhiên hữu tình, giàu tiềm năng du lịch. Nơi đây còn có những bản làng dân tộc với nhiều phong tục tập quán vẫn nguyên sơ như bản Sìn Hồ. Các thắng cảnh của tỉnh là suối Mường Lai, hang Tiên Sơn...

Mạng lưới giao thông chủ yếu là đường bộ. Tỉnh có quốc lộ 12 chạy qua nối từ Tp. Điện Biên Phủ tới Trung Quốc (qua cửa khẩu Ma Lu Thàng), có quốc lộ 4D nối tới thị trấn Sa Pa (Lào Cai). Thị xã Lai Châu cách Hà Nội khoảng 406km (qua Lào Cai).