Eureka Valley ligt in Inyo County, in het oosten van Californië in het zuidwesten van de Verenigde Staten. Het is ongeveer 28 mijl (45 km) lang en tot 10 mijl (16 km) breed, met hoogtes variërend van 2870 voet (875 m) tot 8456 voet (2575 m). Het zuidelijke deel van de vallei maakt nu deel uit van het Death Valley National Park - Death Valley zelf ligt net ten zuidoosten. In het noorden ligt Deep Springs Valley, Fish Lake Valley en de White Mountain Range. In het oosten stijgt de Last Chance Range meer dan 5500 voet (1675 m) boven de vallei. In het westen liggen de Saline Mountains en in het zuidwesten ligt Saline Valley.

Eureka Valley is een graben, net als de meeste andere lager gelegen gebieden van de Basin and Range Province. Een verbeterde grindweg doorkruist de vallei en verbindt de gemeenschap van Big Pine met het noordelijke Grapevine-gedeelte van Death Valley. Een onverharde weg van 10 mijl biedt toegang tot het zuidelijke uiteinde van de vallei. Meer primitieve routes verlaten de vallei naar het noordwesten via Soldier Pass, naar het noordoosten via Horse Thief Pass en naar het zuiden via Dedeckera Canyon.

De vallei heeft twee onderscheidende kenmerken. Zijn vorm verandert de wind zodanig dat er aan de zuidkant zand wordt verzameld, wat leidt tot de unieke Eureka-duinen. Net ten oosten van de duinen klimt de Last Chance Range meer dan 3500 voet (1070 m) als bijna verticale kliffen, met kleurrijke rotslagen.