Sarıkaya, İl topraklarının Güneydoğusuna yakın kesimlerinde yer almaktadır.
Kuzeyde ; Akdağmadeni ve Saraykent,
Güney ve Güneybatısında; Boğazlıyan,
Güneydoğusunda; Çandır,
Doğusunda; Çayıralan,
Batısında; Sorgun İlçeleri ile çevrilidir.
Sarıkaya deniz seviyesinden 1170 metre yükseklikte olup, genellikle dalgalı düzlüklerin geniş yer tuttuğu bir plato üzerine kurulmuştur.Yüzölçümü 976 kilometrekaredir.
İlçe merkezi, Yozgat-Kayseri karayolu üzerinde Kuzey-Güney doğrultusunda küçük bir vadi içerisinde kurulmuştur.
İlçenin batısında, Yazır Dağları bir sıra teşkil eder. Doğusunda Sıçanlı ve Tilki dağları, kuzeyinde Çomak dağı, güney ve güneydoğusunda ise, Beştepeler bulunmaktadır.Sorgun özü ile Boğazlıyan ovası arasındaki araziler de ilçenin ovalarını oluşturmaktadır. Delice Irmağı’nın önemli kollarından birisi olan Kanak Çayı, İlçenin başlıca akarsuyudur.
Sarıkaya’da, İl Anadolu’nun tipik karasal iklimi görülmekte olup, yazlar sıcak ve kurak, kışlar soğuk, sert ve kar yağışlı geçmektedir.Arazi tamamen bozkırlarla kaplıdır.