Tỉnh Xiangkhouang có diện tích 15.880 km2 và phần lớn là địa hình miền núi. Tỉnh này giáp tỉnh Houaphan về phía đông bắc, Nghệ An về phía đông, tỉnh Bolikhamsai về phía đông nam, và tỉnh Vientiane về phía tây nam. Thủ phủ là thị xã Phonsavan. Xiangkhouang và Vientiane là một phần của lưu vực sông Nam Ngum.

Ngoài khu vực triền sông Mê Công, diện tích đất đai bằng phẳng lớn nhất trong cả nước nằm ở cao nguyên Xiangkhouang thuộc địa giới tỉnh. Khu vực này được đặc trưng bởi những ngọn đồi và đồng cỏ có độ cao vừa phải. Ngọn núi cao nhất của đất nước, Phou Bia, nổi lên ở phía nam của cao nguyên, trong khi vùng Cánh đồng Chum nằm ở trung tâm cao nguyên.

Tỉnh cách Thủ đô Viêng Chăn 400 km về phía đông bắc. Ngọn núi Phú Bia có độ cao 2700 m là đỉnh cao nhất trong tỉnh đồng thời cao nhất tại Lào. Tỉnh lị của tỉnh có độ cao khoảng 1.000m so với mực nước biển với huyện Kham nằm trong một lưu vực hạ lưu ở độ cao khoảng 600 so với mực nước biển.