Байконур находится в Казахстане, на малозаселенной полупустынной территории Кзыл-ординской области, возле поселка Тюра-Там. Вместе с городом-тезкой космодром образует одноименный комплекс. Расположен он на всхолмленной равнине, которую в южной части пересекает река Сыр-Дарья шириной 120–200 м и глубиной 1,5–5 метров. У нее песчаное дно и извилистое русло с многочисленными островами. При условии отстаивания и очистки вода из Сыр-Дарьи становится пригодной для питья.
Здешние холмы имеют высоту 10–20 метров, куполообразные вершины и пологие склоны, кое-где изрезанные промоинами. Есть здесь и небольшие массивы песчаных бугров высотой до 10 метров. Также на этой территории встречаются бессточные котловины с солончаками или такырами, которые размокают в периоды дождей и таяния снега.
По растительности эта местность является полынно-боялычовой пустыней. Преимущественно здесь бурые пустынно-степные почвы с редким травяным покровом, кустарниками и полукустарниками. Распространены полынь, верблюжья колючка, боялыч, тамариск. Одним из символов космодрома стал тюльпан Борщова, который тоже произрастает в этой местности и цветет в апреле.