牡丹鎮位于甘肅省天水市秦州區西南部，東接店鎮鄉，南鄰華岐鄉，西與秦嶺鄉、隴南市禮縣紅河鎮、馬河鄉接壤，北與藉（讀音：西）口鎮、太京鎮毗鄰。地處秦嶺西段北坡，境內地勢起伏較大，整體為東北高、西南低，最高海拔2023米，最低海拔1581米。多年平均最高氣溫34.6℃，最低氣溫-20℃，年無霜期152天，年平均降雨量643.2毫米。地跨長江、黃河兩大流域，境內稠泥河流經西南部，是西漢水西源。隨著G310連接線藉口至羅家堡公路的拓寬改造，交通便利。