Солтүстік Қазақстан облысы Қазақстанның солтүстігінде орналасқан, Ресейдің үш облысымен, оңтүстік-шығысында Павлодар облысымен, оңтүстігінде Ақмола облысымен, батысында Қазақстан Республикасының Қостанай облыстарымен шектеседі. Өңірдің ең биік нүктесі - Жақсы Жалғызтау тауы, ең төменгі нүктесі - Теке көлі. Облыстың ірі қалалары: Петропавл, Мамлютка, Тайынша және Сергеевка.