Thành phố Tân Uyên nằm ở phía đông tỉnh Bình Dương, có sông Đồng Nai chảy qua và có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp huyện Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai (qua sông Đồng Nai) và huyện Bắc Tân Uyên
• Phía tây giáp thành phố Thủ Dầu Một và thị xã Bến Cát
• Phía nam giáp thành phố Biên Hòa, tỉnh Đồng Nai (qua sông Đồng Nai và rạch Ông Tiếp) và các thành phố Dĩ An, Thuận An
• Phía bắc giáp huyện Bắc Tân Uyên.

Thành phố Tân Uyên có diện tích 191,76 km², dân số năm 2022 là 466.053 người[2], mật độ dân số đạt 2.430 người/km².