Karliova ilçesi, Dogu Anadolu Bölgesi'nin Yukari Firat Bölümü'nde, Bingöl ilinin kuzeydogusunda, Bingöl ve Seytan Daglari'nin arasindaki ovada kurulmustur.

Güneyinde Serafettin Ve Karaboga Daglari, kuzeyinde Erzurum-Çat, kuzeydogusunda Erzurum-Tekman, güneyinde Bingöl-Solhan, güneydogusunda Mus-Varto, batisinda Bingöl-Kigi ilçeleri ile güneybatisinda Bingöl il merkezi ile çevrilmistir.

Karliova ilçesi 41 derece 02 dakika dogu boylami ile 39 derece 21 dakika kuzey enleminin kesistigi noktada yer alir.

Karliova 1392 km yüzölçümüne sahip olup Bingöl ilinin % 16,6'sini kapsar. Ilçe Bingöl iline 75 km mesafededir. Ilçenin deniz seviyesinden yüksekligi 1940 metredir. Daglar ve engebeli araziler büyük bir alan kaplamaktadir. Düzlük alanlar ancak %7,5 civarindadir.

Dağları:

Ilçe topraklarinin %83'ü daglarla kaplidir. Bu daglarin yüksekligi söyledir:

Bingöl Dagi: 3250 m Serafettin Dagi:2544 m

Seytan Dagi: 2906 m Çavresi Dagi: 2793 m

Bu daglarin disinda Kartal ve Hirhal gibi daglar da bulunmaktadir.

Ovaları:

Serafettin dagi ile Çavresi Dagi'nin birbirinden uzaklasarak genisledigi alanda Karliova Ovasi meydana gelmistir. Göynük Suyu ve Peri Suyu bu ovayi çesitli yönlerde bölmüstür. Ayrica ilçe topraklarinin büyük bir kismi yayla ve platolarla kaplidir. Bu yaylalarin en önemlileri sunlardir:

Çavresi yaylasi Kandil yaylasi

Hirhal yaylasi Tavla yaylasi(Bingöl Dagi)

Mirgemir yaylasi(Serafettin Dagi)

Akarsuları:

Peri suyu Bingöl daglarindan dogan en büyük su olup, Geçitli ve Kaynarpinar köylerini takip ederek Kigi sinirindan Firat'a dökülür. Göynük suyu, Bingöl Daglari' nin bati yamacindaki Kargapazar köyünden dogar. Çavresi Daglari'ndan Kaynak Ve Derinçay derelerini de içine katarak Genç ilçesi yakinlarinda Murat Nehri'ne karisir.

Gölleri:

İlçemizde birkaç göl bulunmaktadır. Bu göllerden en büyüğü ise Kargapazar Köyüm yakınındaki Gölbahri Gölü’dür.