Thanh Hoá là một tỉnh lớn của Bắc Trung Bộ có toạ độ địa lý: Điểm cực Bắc: 20040’B (tại xã Tam Chung, huyện Quan Hoá); điểm cực Nam: 19018’B (tại xã Hải Thƣợng, Tĩnh Gia); điểm cực Đông: 106004’Đ (tại xã Nga Điền, Nga Sơn); điểm cực Tây: 104022’Đ (tại chân núi Pu Lang, huyện Quan Hóa). Thanh Hoá có lãnh thổ rộng lớn: 11.129,48 km2, là tỉnh có diện tích lớn thứ 5 trong cả nƣớc. Về vị trí địa lý, Thanh Hóa tiếp giáp với các tỉnh và nƣớc bạn nhƣ sau: Phía Bắc: giáp 3 tỉnh, gồm: Sơn La, Hoà Bình, Ninh Bình với đƣờng ranh giới dài 175km; phía Nam: giáp Nghệ An với đƣờng ranh giới dài 160 km; phía Đông: giáp biển Đông với chiều dài đƣờng bờ biển 102 km; phía Tây: giáp tỉnh Hủa Phăn của nƣớc CHDCND Lào với đƣờng biên giới dài 192km. Thanh hoá nằm ở vị trí trung chuyển giữa các tỉnh phía Bắc và các tỉnh phía Nam nƣớc ta. Trong lịch sử nơi đây từng là căn cứ địa vững chắc chống ngoại xâm, là kho nhân tài vật lực phục vụ tiền tuyến.
Tỉnh Thanh Hoá nằm trong khu vực chịu ảnh hƣởng của vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ. Với 102 km đƣờng bờ biển ở đây có thể phát triển hoạt động du lịch, khai thác cảng biển; có đƣờng quốc lộ 1A, đƣờng Hồ Chí Minh, đƣờng sắt xuyên Việt và sân bay Thọ Xuân. Thêm vào đó, Thanh Hóa có quy mô diện tích lớn với nhiều vùng sinh thái khác nhau. Đặc điểm về vị trí địa lý trở thành một trong những điều kiện thuận lợi cho sự phát triển kinh tế, văn hóa - xã hội của tỉnh Thanh Hóa.
Địa hình Thanh Hoá khá phức tạp, chia cắt nhiều và thấp dần theo hƣớng Tây - Đông. Từ phía Tây sang phía Đông có các dải địa hình núi, trung du, đồng bằng và ven biển. Trong tổng diện tích 11.129,48 km2 thì địa hình núi, trung du chiếm 73,3% ; đồng bằng 16% và vùng ven biển 10,7%. Địa hình Thanh Hóa là điều kiện để phát triển các ngành nông - lâm - ngƣ nghiệp toàn diện và cho phép chuyển dịch cơ cấu dễ dàng trong nội bộ từng ngành. Nhiều cảnh quan đẹp kết hợp giữa rừng - biển - đồng bằng là điều kiện để phát triển du lịch, dịch vụ. Độ cao chênh lệch giữa các vùng miền núi, trung du, đồng bằng với nhiều hệ thống sông suối, tạo ra tiềm năng thuỷ điện khá phong phú…
Do sự chi phối của địa hình và những tƣơng tác với các vùng lân cận mà Thanh Hoá có sự phân dị về khí hậu theo vùng, với 3 vùng khí hậu đặc trƣng: vùng đồng bằng, ven biển; vùng trung du; vùng đồi núi cao.
Thanh Hoá là một trong số ít các tỉnh ở nƣớc ta có nguồn tài nguyên khoáng sản rất phong phú và đa dạng, có những tiền đề địa chất khá thuận lợi cho các quá trình tạo khoáng. Kết quả điều tra đến nay cũng đã cho thấy lãnh thổ Thanh Hoá có nhiều loại hình khoáng sản khác nhau.
Vùng biển Thanh Hoá có diện tích 17.000 - 18.000km2, gấp 1,6 lần diện tích đất liền. Đƣờng bờ biển có dạng cánh cung dài 102km. Bờ biển tƣơng đối phẳng, nhƣng bị chia cắt bởi 7 cửa lạch. Các cửa sông đều là những khu vực tự nhiên rất nhạy cảm và có năng suất sinh học cao. Từ Nam Sầm Sơn đến Quảng Xƣơng có inmenhit, trữ lƣợng 73.500 tấn. Đây là loại nguyên liệu quan trọng để sản xuất que hàn, men sứ. Bờ biển Tĩnh Gia có trữ lƣợng lớn cát trắng để sản xuất thuỷ tinh. Các bãi triều rộng ở Nga Sơn, Hậu Lộc, Hoằng Hoá, Quảng Xƣơng... là nơi nuôi trồng thuỷ sản. Ven bờ cũng có nhiều đồng muối ở Hậu Lộc, Hoằng Hoá, Quảng Xƣơng, Tĩnh Gia.
Ven biển Thanh Hoá có đảo hòn Nẹ cao, đảo hòn Mê, cụm đảo Nghi Sơn và hàng loạt đảo nhỏ nhƣ: hòn Đót, hòn Miệng, hòn Vạt, hòn Góc, v.v.. Diện
tích đảo của tỉnh khoảng 800ha. Về mặt tài nguyên và môi trƣờng, có thể xây dựng các khu bảo tồn biển xung quanh các đảo nhằm bảo vệ sự đa dạng sinh học biển đồng thời cũng là cơ sở cho hoạt động du lịch. Với vị trí của mình các đảo này có vai trò tiền tiêu trong việc bảo vệ đất liền song các đảo này cũng chính là điểm tựa để phát triển kinh tế hƣớng ra biển.
Dải ven bờ biển Thanh Hoá có diện tích bãi triều trên 8.000ha (chƣa tính bãi triều 2 huyện Nga Sơn và Hậu Lộc mỗi năm bồi tăng thêm từ 10 - 50m) là nguồn tài nguyên lớn về nuôi trồng thuỷ sản nƣớc lợ nhƣ tôm sú, tôm he, cua và rong câu... Diện tích nƣớc mặn khoảng trên 5.000ha, phân bố chủ yếu ở vùng đảo Mê, Biện Sơn có thể nuôi cá song, cá cam, trai ngọc, tôm hùm dƣới hình thức nuôi lồng bè. Ngoài ra với hàng ngàn hecta vùng nƣớc mặn ven bờ, thuận lợi nuôi nhuyễn thể hai mảnh vỏ nhƣ ngao, sò, ngán... Đặc biệt là với vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên thuận lợi, khu kinh tế Nghi Sơn đã và đang đƣợc xây dựng (theo Quyết định 102/2006 của Thủ tƣớng Chính phủ) với nhiều hạng mục công trình lớn nhƣ: cảng nƣớc sâu, nhà máy xi măng, sân bay... sẽ mở ra nhiều hƣớng phát triển mới cho dải ven biển nói riêng cũng nhƣ cho cả tỉnh nói chung.