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大理白族自治州地处云南省中部偏西，地处东经98°52′～101°03′，北纬24°41′～26°42′之间，东临楚雄州，南靠普洱市、临沧市，西与保山市、怒江州相连，北接丽江市。州府驻地在大理市下关，距省会昆明市331千米。
大理白族自治州的总面积为29459平方千米，山区面积占总面积的93.4％，东西最大横距320多千米，南北最大纵距270多千米。全州辖大理市、漾濞彝族自治县、祥云县、宾川县、弥渡县、南涧彝族自治县、巍山彝族回族自治县、永平县、云龙县、洱源县、剑川县、鹤庆县，共1市11县，110个乡镇，是我国唯一的白族自治州，是闻名于世的电影《五朵金花》的故乡。
大理州地处云贵高原与横断山脉结合部位，地势西北高，东南低。地貌复杂多样，点苍山以西为高山峡谷区，点苍山以东、祥云以西为中山陡坡地形。境内的山脉主要属云岭山脉及怒山山脉，点苍山位于大理州中部，如拱似屏，巍峨挺拔。北部剑川与怒江地区兰坪交界处的雪斑山是州内群山的最高峰，海拔4295米。最低点是位于云龙县怒江边的红旗坝，海拔730米。州内湖盆众多，面积在1.5平方千米以上的盆地有18个，面积共1871.49平方千米，占全州总面积的6.6％。盆地多为线形盆地，呈带状分布，从西向东排列为6个带。
大理州地处低纬高原，在低纬度、高海拔地理条件综合影响下，这里形成了年温差小、四季不明显、温差不大的气候特点，即“四时之气，常如初春，寒止于凉，暑止于温”。全州由于地形地貌复杂，海拔高差悬殊，气候的垂直差异显著，气温随海拔高度增高而降低，雨量随海拔增高而增多。河谷热，坝区暖，山区凉，高山寒，立体气候明显，同时具有寒、温、热（包括亚热带）三种气候带，有“一山分四季，十里不同天”之说。气温：全州各地年平均气温12～19℃，最热（六月）月均温在19～25℃，35℃以上的高温日数一般不出现或出现甚少；最冷（一月）月均温在5.0～13℃，年温差12～14℃；一天内早晚较凉，中午较热，尤其是冬、春两季，日温差在13～20℃。降水：全州降水在季节上和地域上的分配极不均匀，湿季（雨季）为5～10月，集中了83～95％的降雨量；干季（旱季）为11月至次年4月，降水量仅占全年的5～17％；全州年平均降水量836毫米，最多的大理市为1055毫米，最少的宾川仅有564毫米，大部分地区年降水量在900毫米以下。各地无霜期225～345天，无霜期较长。
大理州境内河流与山脉紧密排列，并行其间，形成上紧下疏的帚形水系。全州水资源总量为99.12亿立方米，共有大小河流160多条，分属金沙江、澜沧江、怒江、红河（元江）四大水系，呈羽状遍布全州。州境内分布有洱海、天池、茈碧湖、西湖、东湖、剑湖、海西海、青海湖8个湖泊。这些天然淡水湖泊，宛如一面面明镜，孕育着区域内的人口聚居点。
洱海位于大理市境东部，古称叶榆泽，是断层陷落湖，因形如人耳而得名，属于澜沧江水系。洱海海拔1974米，南北长42千米，东西宽3～9千米，湖面面积为250平方千米。其虽然面积比滇池小，但蓄水量比滇池大一倍，是中国第七大高原淡水湖泊之一，是云南省第二大内陆淡水湖泊。洱海风光明媚，素有“高原明珠”之称，为国家级重点风景名胜区。