【目的】探究土地利用变化有利于识别水沙变化原因，对流域水土保持及生态保护政策的实施与改进具有指导意义。【方法】以黄土高原北洛河上游为研究区，基于GEE与PIE-Engine平台获取1990—2020年土地利用、植被覆盖度数据，从地类转移、植被覆盖度（FVC）、土地利用强度（LUI）及景观格局（平均斑块面积AREA＿MN、聚合度指数AI、最大斑块指数LPI、景观形状指数LSI）4方面描述北洛河上游各县域土地利用情况，并结合水沙数据探究土地利用与水沙的相关关系。【结果】（1）2000年后北洛河上游农田向草地、森林转移，其面积减幅达79.05%，其中“农田→森林”集中分布于吴起县东南部，“农田→草地”在定边县分布最为密集。（2）2000—2020年流域FVC迅速增加，吴起县整体FVC高于定边县同期水平；定边县LUI变化较吴起县存在滞后性，但二者均在2010—2020年间明显下降。（3）2000年前后年径流、输沙减少率分别为46.68%、81.83%;2000—2020年来沙系数0.42小于1990—2000年来沙系数0.80。（4）FVC与水沙量呈显著负相关，森林AREA＿MN、AI分别与径流量、输沙量呈显著正相关，森林LPI、LSI与径流量、森林LSI与输沙量呈显著负相关。【结论】北洛河上游水沙与土地利用结构布局关系密切，不同县域地表覆被与用地强度差异明显，在退耕还林（草）驱动下该地区土地总体变化趋势有助于削减径流泥沙。研究结果将为流域土地利用与黄土高原径流泥沙关系研究提供参考。