Tỉnh có phía Bắc giáp tỉnh Hà Giang, phía Đông Bắc giáp Cao Bằng, phía Đông giáp Bắc Kạn và Thái Nguyên, phía Nam giáp Vĩnh Phúc, phía Tây-Nam giáp Phú Thọ, phía Tây giáp Yên Bái.

Trung tâm hành chính của tỉnh là Thành phố Tuyên Quang, cách Thủ đô Hà Nội 131 km.

Tuyên Quang nằm ở trung tâm của lưu vực sông Lô. sông Gâm chảy qua tỉnh theo hướng Bắc-Nam và nhập vào sông Lô ở phía Tây Bắc huyện Yên Sơn chỗ giáp ranh giữa ba xã Phúc Ninh, Thắng Quân và Tân Long.