通化市位于中國東北東部，吉林省東南部，地處東經125°71' -- 126°44' ，北緯40°52' -- 42°49' 之間。東接白山市，西鄰遼寧省的撫順市、本溪市、丹東市，南與朝鮮民主主義人民共和國的慈江道隔鴨綠江相望（邊境長約204公里），北連遼源市的東豐、吉林市的磐石、樺甸等縣（市）毗鄰。南北長238公里，東西寬108千米。全境幅員15698平方千米，大約占吉林省總面積的8.1% ，市區位于渾江兩岸的階地上，面積為761平方千米。

通化市2/3以上的面積為山區，屬長白山系。南部是鴨綠江與渾江之間的老嶺山區，中部是渾江與輝發河之間的龍崗山，北部為低山丘陵區，是山地和平原的過渡地帶。地勢由南向北沉降，形成南高北低的地勢地貌。海拔最高的老嶺山脈東老禿頂子為1，589米，最低海拔集安市涼水朝鮮族鄉楊木村為108米。

通化屬中溫帶濕潤氣候區，年平均氣溫5.5 ℃，一月份平均氣溫最低，常年平均在零下14℃左右，極端最低氣溫達-33℃；七月份平均氣溫最高，在22℃左右，極端最高氣溫36℃。通化的多年平均降水量有870mm，主要集中在夏季，6-8月三個月的降水量占年總降水量的60%以上。年日照時數有2200小時。