Vân Hồ là huyện vùng cao, nằm ở phía đông nam của tỉnh Sơn La. Tọa độ địa lý điểm trung tâm từ 21°04’09” - 20°34’38” vĩ độ bắc đến 104°37’39”- 105°05’00” kinh độ đông. Độ cao trung bình so với mặt nước biển 820 m. Phía đông giáp huyện Mai Châu, tỉnh Hòa Bình; phía tây giáp huyện Mộc Châu; phía nam giáp các huyện Mường Lát, Quan Hóa, tỉnh Thanh Hóa và giáp huyện Sốp Bâu tỉnh Hủa Phăn nước Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào (có 2.369 km đường biên giới với 2 cột mốc 269, 270); phía bắc giáp huyện Đà Bắc (tỉnh Hòa Bình), huyện Phù Yên, tỉnh Sơn La. Huyện Vân Hồ cách thành phố Sơn La khoảng 140 km, cách Hà Nội 170 km theo quốc lộ 6.
Thác Chiềng Khoa, huyện Vân Hồ.
Vân Hồ là cửa ngõ kết nối các tỉnh vùng Tây Bắc với Hà Nội và vùng Đồng bằng sông Hồng theo quốc lộ 6, là điểm nút giao thông quan trọng trên quốc lộ 6, từ Vân Hồ có thể kết nối thuận lợi với huyện Mộc Châu, thành phố Sơn La, tỉnh Hòa Bình, tỉnh Điện Biên và tỉnh Lai Châu.
Theo số liệu do UBND huyện Vân Hồ cung cấp, đến thời điểm 31-12-2014, toàn huyện có 13.524 hộ, với 58.790 nhân khẩu. Đến 31-12-2015 có 13.956 hộ với 60.153 nhân khẩu, trong đó chủ yếu là dân tộc Thái chiếm trên 42%, dân tộc Mông chiếm trên 23%, dân tộc Mường chiếm trên 20%, dân tộc Kinh chiếm 6,7%, dân tộc Dao chiếm 6,44%, còn lại là các dân tộc khác.
Năm 2015, huyện Vân Hồ có 14 xã với 144 bản, năm 2017 có 147 bản. Trung tâm hành chính của huyện đặt tại xã Vân Hồ. 14 xã gồm: xã Vân Hồ, Chiềng Khoa, Chiềng Xuân, Chiềng Yên, Liên Hòa, Lóng Luông, Mường Men, Mường Tè, Quang Minh, Song Khủa, Suối Bàng, Tân Xuân, Tô Múa và Xuân Nha.
Vân Hồ có tổng diện tích đất tự nhiên 98.289 ha. Địa hình huyện Vân Hồ tương đối phức tạp, độ cao trung bình khoảng 700-800 m so với mặt nước biển; nghiêng theo hướng tây nam - đông bắc tạo hướng chảy chính cho sông, suối trong vùng và bị chia cắt. Có các dạng địa hình chính sau: Các xã dọc sông Đà có địa hình thấp, độ cao trung bình khoảng 400-600 m so với mặt nước biển, bị chia cắt mạnh, phần lớn là đất dốc (gồm các xã Suối Bàng, Song Khủa, Liên Hòa, Mường Tè và Quang Minh). Các xã dọc quốc lộ 6 có độ cao trung bình khoảng 800-1.000 m so với mặt nước biển, địa hình tương đối bằng phẳng, đồi bát úp xen lẫn phiêng bãi chạy dài (gồm các xã Vân Hồ, Lóng Luông,Chiềng Yên, Mường Men, Chiềng Khoa và Tô Múa). Xã giáp biên giới Tân Xuân, có địa hình cao từ 900-1.300 m.
Địa hình nằm xen kẽ giữa các khe, suối, dãy núi cao là các phiêng bãi tương đối bằng phẳng nhưng không liên tục. Sự đa dạng về địa hình cùng với yếu tố khí hậu đặc trưng cho phép Vân Hổ phát triển sản xuất nông nghiệp hàng hóa đa dạng dịch vụ du lịch tạo ra lợi thế cạnh tranh trong quá trình phát triển.
Khí hậu Vân Hồ chia thành 2 mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 9, mùa khô từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau. Do có địa hình cánh cung mở đón hướng gió, nên vùng núi Vân Hồ là nơi tiếp nhận sớm gió mùa đông bắc, đồng thời chịu ảnh hưởng của đại cao nhiệt đới gió mùa. Khí hậu ở đây mát nhiệt độ trung bình 18°C - 23°C, nhiệt độ chênh lệch giữa ngày và đêm là 8°C. Độ ẩm trung bình 85% và là nơi có lượng bốc hơi thấp, trung bình 573mm/năm. Lượng mưa khá dồi dào, số ngày mưa trung bình 185 ngày/năm, lượng mưa trung bình năm 1.560 mm. Vân Hồ còn là vùng chịu ảnh hưởng của bão và gió mùa đông bắc nên mùa khô khá lạnh và thường bị sương muối, sương mù. Số ngày có sương mù trung bình trên 80 ngày/năm.
Tài nguyên rừng của huyện Vân Hồ khá phong phú, có nhiều nguồn gen động - thực vật quý hiếm có giá trị cao trong nghiên cứu khoa học, bảo tồn nguồn gen và phục vụ du lịch sinh thái trong tương lai, tập trung trong vùng rừng đặc dụng Xuân Nha với khoảng 456 loài thực vật thuộc 4 ngành với các loại gỗ quý phân bố trên toàn địa bàn như: bách xanh, thông, chò... và có 48 loài động vật hoang dã thuộc 19 họ của 8 bộ như: gấu, hoẵng, lợn rừng... Diện tích rừng của huyện Vân Hồ hiện còn 51.528 ha, trong đó có 13.648 ha đất rừng đặc dụng, tập trung chủ yếu ở xã Xuân Nha, Chiềng Xuân, Tân Xuân.
Theo Địa Chí Sơn La xuất bản năm 2020