Ненецкий автономный округ расположен на севере Восточно-Европейской равнины, в основном за Полярным кругом. Омывается Белым, Баренцевым, Печорским и Карским морями Северного Ледовитого океана.

На юге регион граничит с Республикой Коми, на юго-западе — с Архангельской областью, на северо-востоке — с Ямало-Ненецким автономным округом. Также в состав округа входит посёлок Харута, полностью окружённый территорией Республики Коми.

Ненецкий автономный округ является самым маленьким по численности населения субъектом Российской Федерации. Он также входит в состав Архангельской области, являясь одновременно и составной частью области.

Вся территория округа входит в состав сухопутных территорий Арктической зоны Российской Федерации и полностью относится к районам Крайнего Севера, установленным в Российской Федерации в целях нормативного регулирования льгот и компенсаций работникам, живущим в местностях с суровым климатом.

Климат повсеместно субарктический, на побережье переходящий в умеренно морской. Средняя температура января -19, в июле +19.

Рельеф региона, в основном, равнинный. Территория расположена в зонах тундры (76,6%), лесотундры (15,4%), юго-западная часть — в подзоне северной тайги (8%). В зоне тундры выделяются подзоны арктических (4,9%), горных (3,5%), северных (10,3%), южных (57,9%) тундр.

Округ обладает большими запасами нефти и газа, так как находится в северной части Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции, которая занимает 4-е место по запасам нефти в России. Открыто 71 нефтяное, 6 нефтегазоконденсатных, 1 газонефтяное, 4 газоконденсатных и 1 газовое месторождения. Также есть месторождения каменного угля, марганца, никеля, меди, молибдена, золота, алмазов, однако большинство месторождений до конца не разведано. На острове Вайгач обнаружены проявления свинцово-цинковых и медных руд. Добыче полезных ископаемых мешает транспортная недоступность региона, а также суровый климат.

Основные отрасли промышленности — добыча нефти и газа, пищевая промышленность и до начала 2000-х годов лесопиление. В сельском хозяйстве развито молочное скотоводство, оленеводство. Растениеводство представлено картофелеводством и тепличным хозяйством.

Государственной программой Ненецкого автономного округа «Оказание содействия добровольному переселению в Ненецкий автономный округ соотечественников, проживающих за рубежом, на 2016–2020 годы» предусмотрено вселение на территорию региона до конца 2020 года 290 участников Государственной программы и членов их семей.