碾子山区地处大兴安岭东麓余脉，位于齐齐哈尔西北部，距中心城区直线距离约90千米，铁路距离113千米。东、南、西与龙江县毗邻，东北与甘南县接壤，西北与内蒙的扎兰屯市相连。区境南北长，东西窄，中心部位稍有突出，是不规则的菱形状。