【研究目的】测度并分析黄河流域城市土地利用效率的时空格局特征是全面实现黄河流域生态保护与高质量发展的内在需求。【研究方法】本文以黄河流域83个地级市为研究对象，基于2004—2017年的市级投入产出数据，构建随机前沿模型和空间关联模型，测度并分析城市土地利用效率的时空集聚演化特征。【研究结果】2004—2017年黄河流域城市土地利用效率呈现明显的增长趋势，上游增长快，中、下游增长慢，整体仍处于中低水平；黄河流域城市土地利用效率的空间分布差异较大，但城市群中心城市的引领作用逐渐凸显，高效率区域（一、二类）逐渐由“斑点”状扩张为“斑块”状，中、低效率区域逐渐缩小，城市群间、上中下游间的土地利用效率空间分布差异逐步收敛；黄河流域城市土地利用效率存在空间正相关，且集聚特征逐年增强。LISA（局部空间自相关）空间形态呈现两极分化的特征，高效率均质区域（H-H类型）主要分布在山东半岛，且逐渐聚集成片，中原城市群首次出现H-H集聚区；低-高关联（L-H类型）由山东潍坊市转变为内蒙古巴彦淖尔市；高-低关联（H-L类型）分布在兰州市；低效率均质区域（L-L类型）分布在六盘山区、秦巴山区等国家级集中连片贫困区。【结论】建议黄河流域在整体上要统一规划，协调发展，个体上注重城市发展的内生动力，优化资本投资规模与结构，充分发挥中心城市的空间溢出效应，资源合理配置共享，且对上、中、下游区域实行差异化生态保护和高质量发展政策，更好地服务于黄河流域城市经济发展由劳动密集型和资本依赖型向技术驱动型转变。