二连浩特隶属于内蒙古自治区锡林郭勒盟，位于内蒙古自治区正北部，北面与蒙古国口岸城市扎门乌德隔界相望，两市相距4.5公里。东临锡林郭勒盟苏尼特左旗，西、南与苏尼特右旗毗邻。截至2020年2月，二连浩特辖区面积4015平方公里。

二连浩特距锡林郭勒盟锡林浩特市360公里，距呼和浩特市390公里、北京690公里，是距首都北京最近的边境陆路口岸。

二连浩特受蒙古高气压影响，为中温带大陆性季风气候和干旱荒漠草原气候。春季干燥少雨，夏季短暂炎热，秋季天高气爽，冬季漫长寒冷。年均气温3.4℃左右。