黄龙县境的地层为鄂尔多斯地台，处陕北构造盆地的最南边沿。褶皱、断裂极不发育，为一向北倾斜、倾角1°—3°的平缓单斜。局部有较小的平缓褶皱，断裂以断距很小的正断层为主，多集中在县东南部。
　     地貌属沟壑纵横的黄土地貌类型，本县属这一类型的石质山地，呈北北东——南南西走向，海拔在1500米左右，黄龙山主峰大岭海拔1783米，形成鄂尔多斯地台上的一个隆起，为黄河左岸支流与北洛河右岸支流的分水岭，是石堡川、居水、圪台川等川的发源地。水系呈放射状。以大岭、关山、界头梁、烂柯山为代表的11条大山梁，把全县切割成7川5塬98条沟，山川相见，沟壑纵横。地势由主脊向东西两侧缓倾，大岭至烂柯山为东西主脊，两侧向南北缓倾；佛爷岭至界头庙，亦为东西走向。整个地貌是一个塬、梁（岭）、峁组成的沟间地和沟壑系统。沟谷交切，形成北部土质中低山区、西南部黄土残塬区和东南部石质中低山区。
　     气候 属季风型大陆性山地气候，受地势影响，南北东西气候分布不均，差异较大。其气候规律是四季明显，干湿分明，冬季寒冷漫长，夏季较短。热量条件充沛，光照充足，降水适中，灾害性天气较多。
　    属大陆型半湿润季风气候。冬季受蒙古冷高压和极地变性大陆性气团影响，天气寒冷干燥，降水稀少。春季暖气团势力增强，气温回升较快，多大风出现，降水相对增多。夏季受蒙古气旋和太平洋副热带海洋气团影响，天气温暖多雨，降水集中，多阵性天气产生，降水量居全年之冠。秋季冷暖空气交替出现，秋初气温缓慢降低，多连阴雨天气。
　    由于地形原因，南北、东西温度差异较大，年均气温为7.6—10.2℃。其中范家卓子乡、白马滩镇最热，崾先乡最冷。最热月平均气温为21.5℃，极端最高温度为36.7℃；最冷月平均气温为-5.7℃，极端最低温度为-23.7℃，年较差为27.2℃。无霜期126——186天，南北相差60天。年降水量600毫米左右，西北部降水多于东南部。灾害性天气主要有：霜冻、干旱、冰雹、连阴雨等。
　     河流 黄龙河流属黄河流域，流域面积在100平方公里的河道10条，50——100平方公里的8条，10——50平方公里的65条，1——10平方公里的365条，总计1公里以上的河流、沟道1028条。主要山脉大岭为最大分水岭，构成东注黄河、西注洛河两个区域性水系，主要河流16条，均为出境河。发源??水系，呈放射状分流注入黄河和洛河。
　     土壤 境内土壤共分为10个土类、19个亚类、48个土属、121个土种。土壤总面积4125786亩，占全县土地总面积的99%，是延安市土壤类型最丰富的一个县。
　     黄龙土壤复杂多变，按规律表现有明显的微地域性和地带性。分布面积最广的地带性土壤是以褐土为主的林区土壤，占全县土壤面积的62.9%。其次是以原黄墡土、黑垆土为主的黄土残塬土壤，还有以淤土、黄墡土为主的川道土壤。总之，黄龙土壤比较肥沃，潜在生产力大。