Karlıova ilçesi, Doğu Anadolu Bölgesinin Yukarı Fırat Bölümünde, Bingöl ilinin kuzeydoğusunda, Bingöl ve Şeytan Dağlarının arasındaki ovada kurulmuştur. Güneyinde Şerafettin Ve Karaboğa Dağları, kuzeyinde Erzurum-Çat, kuzeydoğusunda Erzurum-Tekman, güneyinde Bingöl-Solhan, güneydoğusunda Muş-Varto, batısında Bingöl-Kığı ilçeleri ile güneybatısında Bingöl il merkezi ile çevrilmiştir. Karlıova ilçesi 41 derece 02 dakika doğu boylamı ile 39 derece 21 dakika kuzey enleminin kesiştiği noktada yer alır. Karlıova 1392 km yüzölçümüne sahip olup Bingöl ilinin % 16,6'sını kapsar. İlçenin deniz seviyesinden yüksekliği 1940 metredir. Dağlar ve engebeli araziler büyük bir alan kaplamaktadır. Düzlük alanlar ancak %7,5 civarındadır.
Dağları:
İlçe topraklarının 'ü dağlarla kaplıdır. Bu dağların yüksekliği şöyledir:
Bingöl Dağı: 3250 m
Şerafettin Dağı:2544 m
Şeytan Dağı: 2906 m
Çavreşi Dağı: 2793 m
Bu dağların dışında Kartal ve Hırhal gibi dağlar da bulunmaktadır.
Ovaları:
Şerafettin dağı ile Çavreşi Dağının birbirinden uzaklaşarak genişlediği alanda Karlıova Ovası meydana gelmiştir. Göynük Suyu ve Peri Suyu bu ovayı çeşitli yönlerde bölmüştür. Ayrıca ilçe topraklarının büyük bir kısmı yayla ve platolarla kaplıdır. Bu yaylaların en önemlileri şunlardır:
Çavreşi yaylası, Kandil yaylası, Hırhal yaylası, Tavla yaylası(Bingöl Dağı), Mirgemir yaylası (Şerafettin Dağı)
Akarsuları:
Peri suyu Bingöl dağlarından doğan en büyük su olup, Geçitli ve Kaynarpınar köylerini takip ederek Kiğı sınırından Fırat'a dökülür. Göynük suyu, Bingöl Dağlarının batı yamacındaki Kargapazar köyünden doğar. Çavreşi Dağlarından Kaynak Ve Derinçay derelerini de içine katarak Genç ilçesi yakınlarında Murat Nehrine karışır.
Gölleri:
İlçemizde birkaç göl bulunmaktadır. Bu göllerden en büyüğü ise Kargapazar Köyü yakınındaki Gölbahri Gölüdür.
İKLİMİ
Karlıova ilçesi karasal iklim tipinin egemen olduğu bir bölgede yer almaktadır. Denizden yüksekliğinin fazla olması nedeniyle hava sıcaklığı çok düşüktür. İlçede kış mevsimi uzun, oldukça soğuk ve karlı geçmektedir. En yüksek sıcaklık temmuz-ağustos aylarında, en düşük sıcaklık ise ocak ve şubat aylarında görülmektedir. İlçede en soğuk ay ortalaması 35 derece; en sıcak ay ortalaması da 25 derecedir.
İlçede mevsimlere göre düzenli bir dağılım göstermeyen yağışlar, çoğunlukla kış ve ilkbahar aylarında görülür. Yaz ve sonbahar dönemlerinde ise iklim nispeten kuraktır. Esen rüzgarlar genellikle kuzey yönlü olduğundan iklimi daha da soğutmaktadır
