Karakalpakstan có diện tích chủ yếu là sa mạc và nằm ở phía tây Uzbekistan gần Biển Aral, ở phần thấp nhất của lưu vực Amu Darya.[5][6][7] Nó có diện tích là 164.900 km²[8] và được bao quanh bởi sa mạc. Sa mạc Kyzyl Kum nằm ở phía đông và sa mạc Karakum nằm ở phía nam. Một cao nguyên đá kéo dài về phía tây đến Biển Caspi.[1]

Phía bắc giáp các tỉnh Aktobe và Kyzylorda của Kazakhstan, phía nam giáp tỉnh Balkan và Daşoguz của Turkmenistan và tỉnh Xorazm, phía đông giáp các tỉnh Navoiy và Buxoro, phía tây giáp tỉnh Mangistau của Kazakhstan.