通辽市位于内蒙古自治区东部，地处北纬42°15′-45°41′、东经119°15′－123°43′之间，总面积59535平方公里，南北长约418公里，东西宽约370公里。东靠吉林省、西接赤峰市、南依辽宁省、西北和北边分别与锡盟、兴安盟为邻，属东北和华北地区的交汇处。
通辽市地处松辽平原西端，属于蒙古高原递降到低山丘陵和倾斜冲击平原地带。北部山区属大兴安岭余脉，面积19349平方公里，占全市总面积的32.5%，海拔高度1000-1400米。中部属西辽河、新开河、教来河冲击平原，面积12502平方公里，占全市总面积的21.0%，平原区由西向东逐渐倾斜，海拔由320米降到90米。南部和西部属于辽西山区的边缘地带，由浅山、丘陵、沟壑、沙沼构成，面积27684平方公里，占46.5%，海拔400-600米。全市境内较大的山有罕山、阿其玛山，老道山和青龙山。