該區地處羌塘高原湖盆地帶。境內山勢平緩，草原開闊。地勢北高南低，多為干寒和半荒漠草場。平均海拔為4800米，境內主要有昆侖山、唐古拉山、可可西里山、冬布勒山等山脈。這里湖泊眾多，較為著名的有多格錯仁其香錯、多爾索洞錯、多格錯仁強錯、美日切錯、雅根錯等。湖面海拔均在4500米以上。

雙湖是藏文“兩個湖”的意譯。雙湖特別區的前身是雙湖辦事處，它是為開發藏北“無人區”于1976年新建的行政區域。這是一個地域遼闊，居住宅極度分散的縣級特別區。

全區各鄉均有簡易公路相通，安獅公路從境內南部穿越本區。通車里程達2000多公里。