通辽市位于内蒙古自治区东部、松辽平原西端，东与吉林省接壤，南与辽宁省毗邻，西与赤峰市、锡林郭勒盟交界，北与兴安盟相连，总面积59535平方公里，南北长约418公里，东西宽约370公里。地理坐标是东经119°14′－123°43′，北纬42°15′－45°59′。
通辽市地势南部和北部高，中部低平，呈马鞍形。北部为大兴安岭南麓余脉的石质山地丘陵，占全市总面积的22.8%，海拔高度400-1300m；南部为辽西山地边缘的浅山、黄土丘陵区，占全市总面积的7.0%，海拔高度550-730m；中部为西辽河流域沙质冲积平原，占全市总面积的70.7%，海拔高度120-320m，其中在西辽河流域冲积平原与山地、丘陵之间的过渡地带分布着起伏不平的沙丘和沙地，海拔高度200-400m。
通辽市属典型的半干旱大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季炎热，雨热同季。年平均气温0-6℃，年平均日照时数3000小时左右，≥10℃积温3000-3200℃，无霜期140-160天，年平均降水量350-400mm，蒸发量是降水量的5倍左右，年平均风速3-4.4m/s，全年8级以上大风日数20-30天。