本站位于内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市白音锡勒牧场（白音锡勒在蒙古语中意思是富饶的坡）境内，位于锡林浩特市东南70公里处，地理坐标为43°37′E，116°42′N。白音锡勒牧场创建于1950年10月1日，是锡林郭勒大草原上第一个国营牧场。1987年被联合国教科文组织接纳为国际生物圈保护区网络成员，1993年作为首批入网成员加入了中国生物圈保护区网络，1997年12月晋升为国家级自然保护区，是我国第一个草地类国家级自然保护区。本站即位于锡林郭勒草原国家级自然保护区内。

本区地势东南高（海拔1400 ~ 1500m）向西北逐渐降低（1000 ~ 1100m）。北半部为丘陵与塔拉（高平原）相间的具波状起伏的高原地形。南半部有多级玄武岩台地，还有分散的小型火山锥和浑圆的丘陵与平展的宽谷。在这两个地貌单元之间有锡林河从东南流向西北。河流右岸有宽10 多km、长40余km的一条固定沙带。特定的地理位置和复杂的地貌条件，为地带性的草原植被和草原动物种群的形成与分布提供了条件，构成典型的草原生态系统类型。同时由于地形和特定基质的影响，使部分草原群落带有垂直分布性质。而在河滩地和沙地上分别形成了沼泽、草甸和森林等隐域性的类型。

本区气候属半干旱草原气候。冬半年受蒙古高压控制，寒冷干燥，夏半年受季风影响，较为温和湿润。3 ~ 5月常有大风，月平均风速达4.9m/s。根据本站1982 ~ 2015年的观测资料，年平均气温为2.3℃，最冷月1月平均温度–21.2℃，极端最低温度为–50.6℃（1988年），最热月（7月）平均温度19.3℃，≥10℃的积温为1597.9℃，持续112天。无霜期约100天。草原植物生长期约150天。年降水量350mm左右，集中于6 ~ 9月降落，占全年降水量的80%左右。此时正值气温较高季节，形成高温多湿的条件，有利于植物生长。但是降水量的季节和年度变化非常大。少雨年份，如1980年，仅182mm，2005年更是低至166毫米，甚至呈现近似荒漠类型的气候；而在多雨的年份（如1979年和2012年）达500mm，已接近森林气候了。年蒸发量1600 ~ 1800mm，相当于降水量的4 ~ 5倍。