Diyarbakır, Güneydoğu Anadolu Bölgesi'nin orta kısmında, Elcezire'nin (Mezopotamya) kuzeyinde yer almaktadır. Doğuda Siirt ve Muş batıda Şanlıurfa, Adıyaman, Malatya kuzeyde Elazığ ve Bingöl güneyde ise Mardin illeri bulunmaktadır.
Diyarbakır, yeryüzü şekilleri açısından genelde dağlarla çevrili, ortası hafif çukurlaşmış görünümündedir. İl, Güneydoğu Torosların kollarıyla çevrilidir. İlin en yüksek dağı Muş sınırı yakınındaki Anduk Dağıdır (2830 m.)
Diyarbakır ilinde sert ve kurak bir yayla iklimi hakimdir.