大红沟镇地势西高东低。地形为高山丘陵区。主要大山有磨脐山、冬青顶沿子、神树沟顶等。境内最高峰磨脐山，位于大红沟镇西南端与哈溪镇、毛藏乡交会处，海拔4146米；最低点常福，位于大红沟镇东端，海拔2468米。

大红沟镇属温带大陆性干旱半干旱气候。年平均气温1.6℃，无霜期120天左右，年平均降水量300毫米，干旱严重。降雨多集中在秋季，占全年降水量的60%。

大红沟镇境内主要有大红沟河、马路河，为季节性河流。境内河道长约6千米，属石羊河水系。

大红沟镇有干旱、冰雹、低温霜冻等。最为严重的一次旱灾发生在2001年8月，辖区春播前后的60多天无降水，致使部分耕地无法下种，部分下种的农作物出苗期推迟，农作物出苗率只有50%—70%，河流来水量减少3—5成，部分人畜饮水管道、机井和水窑断流或干涸。农作物受灾面积1.8万亩，造成经济损失429万元。

大红沟镇境内储有少量的煤和金等矿藏资源。其他自然资源中，野生动物有马鸡、麝、鹿、狐等；野生中药材有羌活、秦艽、冬虫夏草、大黄、党参等；林木主要有云杉、柏和山杨等。大红沟镇有耕地面积2.1万亩，人均2.1亩，大部分为山旱地。草原面积22万亩，森林面积12万亩。

2011年末，大红沟镇辖区总人口10300人，其中城镇人口127人，城镇化率1.3%。另有流动人口532人。总人口中，14岁以下2266人，占22%；15—64岁4841人，占47%；65岁以上2163人，占21%。总人口中，以汉族为主，达6569人，占63.73%；有藏、土、蒙古、满、回等少数民族，共3731人，占36.23%。其中藏族3543人，占总人口的34.4%。2011年，人口出生率4.54‰、人口死亡率4.65‰、人口自然增长率-0.21‰。

截至2018年末，大红沟镇镇户籍人口为8726人。

2011年末，大红沟镇财政总收入357.3万元。其中补助收入248.6万元，专款收入87万元，惠农资金收入832.3万元。财政支出357.3万元，其中专款支出87万元，惠农资金支出832.3万元。农牧民人均纯收入1250元。

2018年，大红沟镇有营业面积超过50平方米以上的综合商店或超市2个。

大红沟镇粮食作物以小麦、青稞为主。2011年末，实现农业增加值3420万元，粮食总产量达到3428吨。经济作物以油菜籽为主，油籽产量达到302吨。

大红沟镇畜牧业饲养牛、羊、生猪、家禽为主。2011年，牛饲养量0.5万头，年末存栏0.4万头；羊饲养量4.3万只，年末存栏3.7万头；生猪饲养量1.1万头，年末存栏0.7万头；家禽年饲养量0.8万羽。畜牧业总产值1420万元，占农业生产总值的34%。

大红沟镇以乡镇企业为主。2011年末，乡镇企业增加值1405万元，乡镇工业增加值876万元。

2011年末，大红沟镇境内有商业网点16个，从业人员32人。2011年末，社会商品销售总额达195.8万元，比上年增长4.6%；城乡集贸市场1个，年成交额210万元。

2011年末，大红沟镇境内金融机构有大红沟农村信用合作社。各类存款余额5180万元，各项贷款余额2156万元。

2011年末，大红沟镇有文化站1个，农牧民文化书屋9个，藏书1.3万册。2011年末，学校体育操场3个。2个村安装了健身器材，经常参加体育活动的人员占常住人口的30%。2011年末，广播电视站1个，9个村全部实现“村村通”目标，广播电视网络覆盖率100%，有中央电视台15套和甘肃省台及武威电视台在本地落户。

2011年末，大红沟镇有小学6所，在校生694人，专任教师97人，小学适龄儿童入学率100%；初中1所，即大红沟初级中学，在校生241人，专任教师31人。初中适龄人口入学率、小升初升学率、九年义务教育覆盖率均达100%。

2011年末，大红沟镇有农业技术人员9人，畜牧技术人员4人，农民技术员12人。

2011年末，大红沟镇有乡卫生院1个，卫生技术人员9人，其中执业医师3人，注册护士6人。病床12张。村卫生所9所，医务人员9人。2011年，新型农村合作医疗参合人数7890人，参合率95.9%。

2011年，大红沟镇农村最低生活保障户数1142户，人数4027人；农村五保供养103人。民政部门医疗救助593人次，支出62万元，资助参加合作医疗504人次。国家抚恤、补助各类优抚对象28人。年末参加新型农村社会养老保险9253人，参保率95.8%。

2011年，大红沟镇有县乡级公路哈毛（哈溪至毛藏）公路1条，长14千米。

大红沟镇因境内有大红沟而得名。

大红沟镇有明代军营三角城和藏传佛教寺院红沟寺、百灵寺遗址。