Bang nằm ở vị trí trung tâm của đất nước, gồm hầu hết phần phái đông của Núi bằng Anahuác. Hầu hết bang nằm trên Thung lũng Toluca, với phần dải đất phía đông hầu hết thuộc về Thung lũng Chalco. Bang có diện tích 22.499,95 km² và giáp với các bang Querétaro, Hidalgo, Guerrero, Morelos, Puebla, Tlaxcala và Michoacán. Bang bao quanh Thành phố México tới ¾ mặt (tây, bắc và đông)[10]

Bang được chia thành 5 vùng tự nhiên: Các Núi lửa ở Thung lũng México, đồi núi và bồn địa phía bắc bang, các ngọn núi phía tây, Vệt lõm Balsas và đồi núi và thung lũng ở phía đông nam[11].

Địa lý tự nhiên của bang khá đa dạng. Phần phía đông chủ yếu là Sierra Nevada (Sierra nghĩa là dãy núi dài, có sườn dốc), tạo thành ranh giới tự nhiên với bang Puebla lân cận. Trong dãy núi này có các ngọn núi lửa Popocatépetl và Iztaccíhuatl. Sierra de Monte Alto và Sierra de Monte Bajo tạo thành ranh giới phái tây Thành phố México với bang và gồm các đỉnh Cerro de la Bufa và Monte de las Cruces. Sierra de Xinantécatl nằm ở phía nam của Thung lũng Toluca. Ở đỉnh phía bắc của dãy núi này là Núi lửa Nevado de Toluca. Ơr tây nam bang là Sierra de San Andrés Timilpan. Hầu hết đá sỏi và đất trồng được hình thành từ các hoạt động của núi lửa trước kia.

Có ba lưu vực sông trong bang: Lerma, Balsas và Pánuco. Quan trọng nhất là Sông Lerma, bắt đầu từ Almoloyá del Rio và chảy qua nhiều đô thị tự trị của bang. Phần phía tây nam của bang chủ yếu là lưu vực sông Balsas. Phần dải đất phía đông của bang chủ yếu là lưu vực sông Pánuco.

Khoảng 70% lãnh thổ bang có khí hậu ẩm ướt, gồm có các cao nguyên thuộc Thung lũng Toluca và các khu vực quanh Texcoco ở phía bắc. Nhiệt độ trung bình quanh năm ở giữa 12˚C và 18˚C với lượng mưa trung bình trên 700 milimét. Các khu vực cao hơn, khoảng 13% diện tích bang ở phía trung tâm và đông có khí hậu nửa lạnh với nhiệt độ trung bình dưới 16˚C. Khí hậu nóng hơn tại các vùng thấp ở phía tây nam với nhiệt độ trung bình giữa 18˚C và 20˚C chiếm 8% diện tích lãnh thổ.