Liêu Bắc nằm ở phía tây của đồng bằng Đông Bắc, phía tây bắc là sườn nam của Đại Hưng An Lĩnh và là nơi cư trú của dân du mục Mông Cổ. Lãnh thổ của tỉnh nay là các huyện Chương Vũ, Pháp Khố, Khương Bình, Xương Đồ thuộc Liêu Ninh; Tứ Bình, Lê Thụ, Song Liêu thuộc Cát Lâm; phần lớn địa cấp thị Thông Liêu và một phần nhỏ minh Hưng An thuộc Nội Mông. Tổng diện tích của tỉnh là 121.624,17 km², dân số khoảng 4.904.399 người. Các tỉnh xung quanh từ phía bắc là Hưng An và Nộn Giang, phía đông giáp với Cát Lâm và An Đông, phía nam giáp với Liêu Ninh, phía tây giáp với Nhiệt Hà và Sát Cáp nhĩ.