通遼市位于內蒙古自治區東部、松遼平原西端，東與吉林省接壤，南與遼寧省毗鄰，西與赤峰市、錫林郭勒盟交界，北與興安盟相連，總面積59535平方公里，南北長約418公里，東西寬約370公里。地理坐標是東經119°14′－123°43′，北緯42°15′－45°59′。
通遼市地勢南部和北部高，中部低平，呈馬鞍形。北部為大興安嶺南麓余脈的石質山地丘陵，占全市總面積的22.8%，海拔高度400-1300m；南部為遼西山地邊緣的淺山、黃土丘陵區，占全市總面積的7.0%，海拔高度550-730m；中部為西遼河流域沙質沖積平原，占全市總面積的70.7%，海拔高度120-320m，其中在西遼河流域沖積平原與山地、丘陵之間的過渡地帶分布著起伏不平的沙丘和沙地，海拔高度200-400m。
通遼市屬典型的半干旱大陸性季風氣候，春季干旱多風，夏季炎熱，雨熱同季。年平均氣溫0-6℃，年平均日照時數3000小時左右，≥10℃積溫3000-3200℃，無霜期140-160天，年平均降水量350-400mm，蒸發量是降水量的5倍左右，年平均風速3-4.4m/s，全年8級以上大風日數20-30天。