新西伯利亚州位于西西伯利亚平原东南部，大部分土地位于鄂毕河和额尔齐斯河之间，东部与萨莱尔岭相连。该州北部与托木斯克州接界，东部与克麦罗沃州相邻，西部与鄂木斯克州毗连，南部和西南部分别与阿尔泰边疆区和哈萨克斯坦接壤，距莫斯科3200公里。
新西伯利亚州东西长642公里，南北长444公里，总面积为17.82万平方公里，占俄罗斯联邦领土总面积（1707.55万平方公里）的1%。 新西伯利亚州多灰化土壤和黑土。仅有五分之一的面积为森林覆盖。北部常见植被为针叶林（冷杉、云杉、松树、雪松），南部为森林草原。
新西伯利亚州约有1200多种野生植物，最常见的树种是白桦、花楸、松树、山杨。此外，还有冷杉、云杉、山楂等。该州还人工栽种了中欧森林中常见的树木如橡树、榆树、椴树、白蜡树等。 新西伯利亚州动物资源与中欧、北欧地区的动物资源大体一致，略有不同。该州约有80多种哺乳动物，主要有：北极鹿、紫貂、狐狸、海狸、狼、熊、猞猁、狍子、兔、旱獭等。
两栖动物和爬行动物并不多，其中蛙类3种、蜥蜴2种、蛇类2种。该州的河湖中生活着30多种鱼。
最常见的鱼有：鲫鱼、欧鳊、鲤鱼等。鄂毕河中最大的鱼是西伯利亚鲟鱼，体长可达2米。此外，体积较大的鱼还有江鳕、狗鱼、鲈鱼、白北鲑等。
由于湖泊、沼泽众多，该州鸟的种类丰富，已发现的鸟类约有300种，主要的水鸟有：金雕、天鹅、野鸭、鹬、灰鹭、潜鸟等；有22种鸟类属珍稀保护品种，如海鹰、金雕、鹈鸪。这里的鸟绝大部分是候鸟，每年许多候鸟都经巴拉宾低地的湖泊定期迁徙，恰内湖因而成为世界上有名的水鸟栖息地。
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