Đồng Hới nằm gần cửa sông Nhật Lệ. Theo đường bộ (quốc lộ 1A), Đồng Hới cách thủ đô Hà Nội 500 km về phía Bắc, cách Vinh 197 về phía Bắc, cách Huế 160 km về phía Nam, cách Thành phố Hồ Chí Minh 1.220 km về phía Nam. Tổng diện tích 155,71 km², nội thị là 55,47 km², diện tịch đất ngoại thị: 100,24 km²; Tổng dân số năm 2013 là 160.000 người, dân số thành thị là 120.000 người, nông thôn là 40.000 người.

Nguồn nước ngọt cung cấp cho thành phố được lấy từ Bàu Tró - một hồ nước ngọt tại thành phố, nơi lưu trữ nhiều hiện vật của văn hóa Bàu Tró. Đồng Hới có 12 km bờ biển với các bãi tắm đẹp (Nhật Lệ, Bảo Ninh, Quang Phú)[1]. Sông Nhật Lệ chảy qua Đồng Hới là một con sông đẹp, là con sông do Sông Kiến Giang và Sông Long Đại hợp thành. Phía tây Đồng Hới là dãy núi bao bọc mà theo quan niệm Phong thủy là "hậu chẩm", phía trước là sông và biển có đồi cát Bảo Ninh án ngữ như bức bình phong. Nếu tin theo thuật phong thủy thì đây là "cát địa". Trước đây, Bảo Ninh bị cách trở với Đồng Hới nhưng sau khi có cầu Nhật Lệ, khu vực này đã đô thị hóa, là nơi có các khu nghỉ dưỡng.

Nhiệt độ bình quân các tháng trong năm

Thành phố Đồng Hới nằm trong khu vực có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa.với thời tiết khắc nghiệt bậc nhất,có mùa đông khá lạnh.Vào mùa hè thời tiết nóng,oi bức gió lào khô nóng thổi liên tục,với nền nhiệt luôn trên 35 độ C,có lúc trên 40 độ c.Mùa Đông lạnh,ẩm với nền nhiệt dưới 18 độ C,có nhiều ngày nhiệt độ xuống dưới 10 độ C,nhiệt độ tối thấp là 4 độ C.Bão thường xuyên hiện trong năm với tần suất 1-2 cơn/năm,tập trung vào các tháng 9,10,11,bão xuất hiện với cường độ mạnh với sức tàn phá dữ dội.