王家湾乡位于延安市安塞区的最北端，毛乌素沙漠的南端边缘，属白于山区典型的黄土丘陵沟壑区，中心位置地处东经109°08′，北纬37°17′，距延安市安塞区城区直线距离55千米。其境东邻子长县李家岔镇，南接坪桥镇，西连镰刀湾乡，北靠靖边县。