Đồng Văn là huyện vùng cao biên giới của tỉnh Hà Giang và là huyện cực bắc của Việt Nam (điểm cực bắc tại núi Rồng, xã Lũng Cú), có tọa độ từ 22°55'B đến 23°23'B; 105°42'Đ, có vị trí địa lý:

• Phía bắc và đông bắc giáp Trung Quốc
• Phía đông và đông nam giáp huyện Mèo Vạc
• Phía tây và tây nam giáp huyện Yên Minh.

Huyện Đồng Văn có đường biên giới tiếp giáp với Trung Quốc dài trên 52 km, cách thành phố Hà Giang 150 km về phía bắc, có diện tích 480,3 km² và dân số năm 2018 là 77.350 người.

Huyện Đồng Văn hiện nay có 17 dân tộc sinh sống, gồm: Mông, Tày, Dao, Kinh, Nùng, Giáy, La Chí, Hoa, Pà Thẻn, Cơ Lao, Lô Lô, Bố Y, Phù Lá, Pu Péo, Mường, Sán Chay, Thái. Trong đó dân tộc Mông chiếm phần lớn.

Nguồn nước mặt trên địa bàn huyện rất khan hiếm, chỉ có các suối nhỏ chảy vào mùa mưa và một số hồ ao khác.

Huyện Đồng Văn có diện tích đất rừng 23.242,6 ha, chiếm 52,0% diện tích tự nhiên (tính cả diện tích đất đồi núi đá không có rừng cây có khả năng sử dụng vào mục đích lâm nghiệp). Mặc dù đất lâm nghiệp có tỷ lệ khá trong cơ cấu sử dụng đất (23.242,6 ha, chiếm 52,0%) song phần lớn các loại rừng của huyện đều là rừng trồng và rừng tái sinh nên chất lượng rừng và trữ lượng không cao. Việc khai thác và kinh doanh các sản phẩm từ rừng hạn chế, chức năng chính của rừng của huyện là giữ đất và bảo vệ môi trường sinh thái.

Huyện Đồng Văn cũng có nhiều tài nguyên khoáng sản với trữ lượng lớn; gồm các loại khoáng sản như: mangan, antimon, đá vôi... Tuy nhiên việc khai thác gặp rất nhiều khó khăn do hạ tầng giao thông còn chưa phát triển, xa trung tâm tỉnh, khoáng sản nằm xen kẽ với nhiều tầng đá.