通化市位于中国东北东部，吉林省东南部，地处东经125°71' -- 126°44' ，北纬40°52' -- 42°49' 之间。东接白山市，西邻辽宁省的抚顺市、本溪市、丹东市，南与朝鲜民主主义人民共和国的慈江道隔鸭绿江相望（边境长约204公里），北连辽源市的东丰、吉林市的磐石、桦甸等县（市）毗邻。南北长238公里，东西宽108千米。全境幅员15698平方千米，大约占吉林省总面积的8.1% ，市区位于浑江两岸的阶地上，面积为761平方千米。

通化市2/3以上的面积为山区，属长白山系。南部是鸭绿江与浑江之间的老岭山区，中部是浑江与辉发河之间的龙岗山，北部为低山丘陵区，是山地和平原的过渡地带。地势由南向北沉降，形成南高北低的地势地貌。海拔最高的老岭山脉东老秃顶子为1，589米，最低海拔集安市凉水朝鲜族乡杨木村为108米。

通化属中温带湿润气候区，年平均气温5.5 ℃，一月份平均气温最低，常年平均在零下14℃左右，极端最低气温达-33℃；七月份平均气温最高，在22℃左右，极端最高气温36℃。通化的多年平均降水量有870mm，主要集中在夏季，6-8月三个月的降水量占年总降水量的60%以上。年日照时数有2200小时。