Eureka Valley liegt im Inyo County im Osten Kaliforniens im Südwesten der Vereinigten Staaten. Er ist etwa 45 km lang und bis zu 16 km breit, mit Höhen zwischen 875 m und 2575 m. Der südliche Teil des Tals ist heute Teil des Death-Valley-Nationalparks - das Death Valley selbst liegt nur im Südosten. Im Norden liegen das Deep Springs Valley, das Fish Lake Valley und die White Mountain Range. Im Osten erhebt sich die Last Chance Range über 5500 Fuß (1675 m) über dem Talboden. Im Westen liegen die Saline Mountains und im Südwesten liegt das Saline Valley.

Eureka Valley ist ein Graben, wie die meisten anderen tiefer gelegenen Gebiete der Provinz Basin and Range. Eine verbesserte Schotterstraße durchquert das Tal und verbindet die Gemeinde Big Pine mit dem nördlichen Grapevine-Abschnitt des Death Valley. Eine 10 Meilen lange Schotterstraße bietet Zugang zum südlichen Ende des Tals. Einfachere Routen verlassen das Tal im Nordwesten über den Soldier Pass, im Nordosten über den Horse Thief Pass und im Süden über den Dedeckera Canyon.

Das Tal hat zwei Besonderheiten. Seine Form verändert den Wind so, dass Sand in der Nähe seines südlichen Endes angesammelt wird, was zu den einzigartigen Eureka-Dünen führt. Gleich östlich der Dünen erhebt sich die Last Chance Range als fast senkrechte Klippen über 1070 m (3500 Fuß) und zeigt farbenfrohe Gesteinsschichten.