Հայաստանի հյուսիս-արևմուտքում գտնվող մարզ է, Գյումրի մարզկենտրոնով։ Պետական սահմանով արևմուտքից սահմանակից է Թուրքիային, հյուսիսից՝ Վրաստանին, արևելքից սահմանակից է՝ ՀՀ Լոռու մարզին և հարավից՝ ՀՀ Արագածոտնի մարզին։ Գտնվում է Հայ Առաքելական Եկեղեցու Շիրակի թեմի հովվապետության ներքո (առաջնորդարանը՝ ք. Գյումրիում), մարզում բնակվում են զգալի թվով Հայ Կաթողիկե եկեղեցու հավատավորներ, կան նաև Հայ Կաթողիկե եկեղեցու հավատավորներով բնակեցված գյուղեր։

Մարզի տարածքում են գտնվում Արփի լիճ-ջրամբարը, Ախուրյանի ջրամբարի հայկական հատվածը և Մանթաշի ջրամբարը։ Շիրակի մարզի կենտրոնական և հարավային հատվածում տարածվում է Շիրակի դաշտը, իսկ հյուսիսային շրջանում՝ Աշոցքի սարահարթը, միաժամանակ Շիրակի մարզում են տարածվում Փամբակի, Բազումի լեռնաշղթաների, Եղնախաղի, Ջավախքի, Արագածի լեռնազանգվածների մի մասը։

Շիրակի մարզը հայտնի է տուֆի, պեմզայի, կրաքարի հանքերով։

Մարզը ռելիեֆի առումով կարելի է բաժանել երկու մասի։ Հրաբխային, որն ընդգրկում է Ջավախք-Աշոցքի տարածաշրջանը, իր մեջ ընդգրկելով Ջավախքի և Եղնախաղի լեռնավահանները, Չլդրի լեռները և Աշոցքի սարավանդը։ Մյուս մասը կարելի է համարել ծալքաբեկորավոր, որն իր մեջ է ներառում Շիրակի ծալքաբեկորավոր լեռնաշղթան ու Շիրակի դաշտը։

Մարզի տարածքով հոսող խոշոր գետը Ախուրյանն է, որի միայն վերին հոսքի շրջանն է անցնում բուն տարածքով, միջին հոսքի շրջանում այն սահմանային է։ Մարզի տարածքում են գտնվում Ախուրյանի համակագին պատկանող Ցողամարգ, Իլլի, Կարկաչուն գետակները։ Մարզի միակ լիճը Արփան է՝ 22 կմ2 մակերեսով, ունի տեկտոնահրաբխային կառուցվածք։

Կլիմայական պայմանների առումով մարզում տիրապետում է բարեխառն լեռնային կլիման։ Այն աչքի է ընկնում տեղումների առատությամբ (700 մմ), զով ամառներով, խստաշունչ ու տևական ձմեռներով։ Հունվարյան միջին ջերմաստիճանը -9,8˚ է, այստեղ է գրանցվել ՀՀ բացարձակ նվազագույն ջերմաստիճանը՝ -46˚։