większa część obszaru leży na Półwyspie Kolskim. Zdecydowana większość tych terenów (oprócz krańców południowo-wschodnich) znajduje się za kołem podbiegunowym.
Od południa region graniczy z autonomiczną rosyjską republiką Karelii, od zachodu – z Norwegią i Finlandią. Z pozostałych stron obwód otoczony jest przez wody Morza Białego i Morza Barentsa.
Przynależność administracyjna Pod względem administracyjnym obwód murmański wchodzi w skład utworzonego w 2000 Północno-Zachodniego Okręgu Federalnego.
Klimat mały|Diagram z przedstawionymi temperaturą i opadami w stolicy obwodu – Murmańsku W południowej części obwodu panuje klimat umiarkowany chłodny typu morskiego, zaś na północy – klimat subpolarny, który jest jednak znacznie łagodzony przez wpływ płynącego w pobliżu ciepłego prądu morskiego – Golfstromu. Ten właśnie prąd sprawia, iż woda w morzu nie zamarza i możliwa jest żegluga przez cały rok, a Murmańsk jest jedynym niezamarzającym rosyjskim portem.