Lai Châu là tỉnh miền núi cao, nằm ở phía bắc sông Đà. Phía bắc giáp tỉnh Vân Nam (Trung Quốc), phía đông bắc giáp Lào Cai, phía nam giáp Điện Biên, Sơn La và phía tây giáp Lào. Khí hậu mang tính chất gió mùa chí tuyến. Nhiệt độ trung bình năm khoảng 21ºC - 23ºC chia làm 2 mùa, mùa mưa và mùa khô.

Địa hình tỉnh Lai Châu được cấu tạo bởi những dãy núi chạy dài theo hướng tây bắc - đông nam, có nhiều đỉnh núi cao, đỉnh Pu Sa Leng cao 3.096m. Núi đồi cao và dốc, xen kẽ nhiều thung lũng sâu và hẹp, có nhiều cao nguyên, sông suối. Sông có nhiều thác ghềnh, dòng chảy lưu lượng lớn nên tiềm năng thuỷ điện rất lớn.