Расположена на севере географического региона Передняя Азия и северо-востоке Армянского нагорья. Граничит с Арменией на западе, с Азербайджаном на севере и востоке и Ираном на юге. Территория — около 11 500 км².
В прошлом, на большей части территории современной Нагорно-Карабахской Республики располагался Арцах — 10-ая провинция древнего Армянского Царства. Несмотря на то, что топоним «Карабах» остается в употреблении по сей день, он постепенно вытесняется более аутентичным названием страны — «Арцах».