Vị trí địa lý: Thái Nguyên là một tỉnh miền núi, thuộc vùng trung du - miền núi Đông Bắc. Với diện tích đất tự nhiên 3.541,1 km2, nằm trong hệ tọa
độ địa lý: Từ 21019’ đến 22003’ vĩ độ Bắc, từ 105029’ đến 106015’ kinh độ Đông, phía Bắc giáp tỉnh Bắc Kạn, phía Đông giáp các tỉnh Lạng Sơn, Bắc Giang, phía Nam giáp Thủ đô Hà Nội, phía Tây giáp các tỉnh Vĩnh Phúc, Tuyên Quang.
Với vị trí địa lý này, Thái Nguyên trở thành điểm tiếp giáp, cầu nối giữa vùng đồng bằng sông Hồng với các tỉnh vùng núi phía Bắc (Tuyên Quang, Bắc Kạn, Lạng Sơn). Thái Nguyên có nhiều tuyến đường huyết mạch chạy qua trong đó có 4 đường cao tốc và quốc lộ: Quốc lộ số 3 chạy suốt theo chiều dài tỉnh Thái Nguyên lên Cao Bằng, Quốc lộ 1B chạy qua hai huyện Đồng Hỷ, Võ Nhai nối liền với Lạng Sơn, Quốc lộ 19 chạy qua Bắc Giang thông với huyện Phú Bình (Thái Nguyên), đường cao tốc Hà Nội - Thái Nguyên. Ngoài ra, tỉnh có nhiều tuyến đường sắt, cùng nhiều tuyến giao thông nội tỉnh, liên tỉnh khác thuận tiện cho việc đi lại, giao lưu trao đổi buôn bán hàng hóa. Do đó Thái Nguyên là cửa ngõ đi vào khu vực Việt Bắc.
Như vậy, Thái Nguyên có vị trí địa lý thuận lợi để giao lưu kinh tế với các tỉnh trong khu vực Việt Bắc, đồng bằng sông Hồng và trung du miền núi phía Bắc. Là điều kiện tốt để các DNTN hoạt động trong lĩnh vực sản xuất, dịch vụ, giao thông, du lịch và thương mại. Đồng thời, đây cũng là một lợi thế lớn để Thái Nguyên mời gọi các nhà đầu tư trong và ngoài nước thành lập các loại hình doanh nghiệp nhằm khai thác tốt tiềm năng, thế mạnh của địa phương, góp phần thúc đẩy sự tăng trưởng kinh tế - xã hội của tỉnh.
Địa hình: Thái Nguyên được phân chia thành ba vùng: Khu vực vùng núi tập trung ở các huyện Võ Nhai, Đại Từ, Định Hóa và một phần của huyện Phú Lương, khu vực này có địa hình cao, bị chia các mạnh với nhiều núi đá vôi, thung lũng, sông suối hẹp do đó việc đi lại gặp nhiều khó khăn và ảnh hưởng lớn đến phát triển kinh - tế xã hội; khu vực đồi cao, núi thấp ở các huyện Đồng Hỷ, phía Nam Đại Từ, phía Nam Phú Lương; khu vực đồng bằng, đồi núi thấp tập trung ở các huyện Phú Bình, Phổ Yên, Sông Công, thành phố Thái Nguyên và một phần huyện Đồng Hỷ, ở đây tập trung một
lượng lớn dân cư sinh sống, giao thông đi lại thuận tiện để phát triển kinh tế - xã hội.
Sông ngòi: Thái Nguyên nằm trong vùng nhiệt đới ẩm gió mùa, cùng với tác động của địa hình nên có hệ thống sông ngòi dày đặc, phân bố tương đối đều trên địa bàn tỉnh, trong đó lớn nhất là sông Cầu và sông Công. Sông Cầu bắt nguồn từ Chợ Mới (Bắc Kạn) chảy xuống Thái Nguyên qua các huyện Phú Lương, Võ Nhai, Đồng Hỷ, thành phố Thái Nguyên, Phú Bình, Phổ Yên tạo nên trục đối xứng cho lãnh thổ tỉnh từ phía Bắc xuống phía Nam. Sông Công bắt nguồn từ xã Điềm Mặc (Định Hóa) chảy qua huyện Đại Từ, thành phố Thái Nguyên, xuống Phổ Yên và hợp với dòng sông Cầu ở xã Thuận Thành (Phổ Yên). Trên sông Công có hồ Núi Cốc, hàng năm cung cấp nước sinh hoạt và sản xuất cho trên 12.000 ha đất nông nghiệp. Ngoài ra, Thái Nguyên còn nhiều sông ngắn nhỏ như: sông Đu, sông Nghinh Tường, sông Dong, sông Chu, sông Khe Mo, Huống Thượng… và nhiều sông nhỏ khác. Các sông, suối hàng năm cung cấp một lượng nước lớn cho sản xuất nông nghiệp, cũng như các hoạt động sản xuất kinh doanh, phục vụ đời sống của nhân dân.
Tài nguyên khoáng sản: nằm trong vùng sinh khoáng Đông Bắc Việt Nam thuộc vành đai sinh khoáng Thái Bình Dương, Thái Nguyên là địa phương có nhiều tài nguyên khoáng sản, trong đó có nhều khoáng sản quý như than, vàng, chì, sắt, kẽm… Trong đó, vàng tập trung chủ yếu ở Võ Nhai; sắt ở Phổ Yên, Đồng Hỷ; Phú Lương, than ở Phú Lương. Đây chính là một lợi thế lớn của tỉnh để phát triển các ngành công nghiệp khai thác, chế biến khoáng sản cũng như thu hút các nguồn đầu tư từ các doanh nghiệp vào lĩnh vực này.