太祖洪武二年（公元1369年），徐达率军攻取兰州，降兰州为兰县、金州为金县，属陕西布政使司临洮府。洪武三年（公元1370年），置陕西都司兰州卫，指挥使驻兰县。洪武五年（1372年），改庄浪州为庄浪卫，属陕西行都司。明宪宗成化十三年（公元1479年），升兰县为兰州，兰州辖区包括今城关、七里河、安宁、西固四区和皋兰县及景泰县部分地区。明代降金州为金县时，治所自龛谷移至今榆中县城。建文元年（公元1399年），肃王由甘州（今张掖市）移驻兰县，建肃王府（今省政府驻地），其护卫队甘州中护卫亦移兰州，但卫名未改。
兰州市位于中国西北部、甘肃省中部，[44]是中国陆域版图的几何中心，[16]介于东经102°35′58”～104°34′29”、北纬35°34′20”～37°07′07”之间。东与定西市接壤，东南与定西市毗邻，南与临夏回族自治州相连，西南与青海省民和回族土族自治县隔湟水相望，西、西北与武威市交接，北与白银市为邻，东北与白银市相接。[36]截至2024年，全市总面积13085.6平方千米。
兰州市属温带半干旱气候，其特点是日照充足，光能富裕；气候差异明显；降水量少，地域差异大；灾害性天气多，干旱尤为严重；雨热同季，四季分明，[36]夏无酷暑，冬无严寒。[11]年平均气温10.9℃。[204]极端最低气温-21.7℃（1964年1月27日），极端最高气温39.8℃（2000年7月24日）。[36]年平均日照时数为2374小时无霜期为172天，年平均降水量为300毫米左右。[204]降雨集中在每年7-9月，8月最多。
兰州市地表大部分被第四纪松散沉积物所覆盖，基岩主要出露在南部、西部和北部边界一带的山区。境内出露的地层有前古生界、古生界、中生界和新生界等。其中出露面积最广的是中生界下白垩统河口群、新生界第三系红层和第四系黄土等。