Ненецкий автономный округ располагается на северо-востоке европейской части Российской Федерации; большая часть округа расположена за Полярным кругом. В состав Ненецкого автономного округа входят острова Колгуев, Вайгач, Сенгейский, Гуляевские Кошки, Песяков, Долгий и ряд более мелких островов.
Ненецкий автономный округ граничит на юго-западе с Мезенским районом Архангельской области; на юге и юго-востоке – с Усть-Цилемским муниципальным районом и городскими округами Усинск, Инта и Воркута, относящимися к Республике Коми; на востоке – с Приуральским районом Ямало-Ненецкого автономного округа. На севере НАО имеет протяженное морское побережье, омываемое водами Белого, Баренцева и Карского морей Северного Ледовитого океана.
Ненецкий округ подвержен систематическому вторжению атлантических и арктических воздушных масс. Частая смена воздушных масс — причина постоянной изменчивости погоды. Зимой и осенью преобладают ветры с южной составляющей, а летом — северные и северо-восточные, обусловленные вторжением холодного арктического воздуха на нагретый материк, где атмосферное давление в это время понижено.