Область (178,2 тыс. км²) расположена в юго-восточной части Западно-Сибирской равнины, занимая, главным образом, междуречье Оби и Иртыша, южную часть Васюганской равнины и Барабинскую низменность. На западе она граничит с Омской областью, на севере – с Томской, на востоке – с Кемеровской, на юге – с Алтайским краем, на юго-западе – с Казахстаном.

Поверхность в основном равнинная. Долина р. Обь делит область на две неравные части. Большая, левобережная, расположена на обширной равнине Обь-Иртышского междуречья (120 м над ур.м.). Правобережная часть области более возвышенная, холмистая. Сюда заходит самый северный, сглаженный отрог Алтайских гор – Салаирский кряж. Наивысшая точка области – Пихтовый гребень (494 м над ур.м.).

По территории области протекает 369 рек, в том числе одна из крупнейших водных артерий России – Обь. Крупные ее притоки: Иня (663 км) и Бердь (363 км). В северо-западной части области притоки Иртыша: Омь (1091 км), Тара (806 км), а на юге – реки Каргат (387 км), Карасук (521 км) и Чулым (292 км).

В области более 6815 озер. Среди них самое большое озеро Западной Сибири – Чаны (2600 км ²). Другие крупные озера: Убинское (440 км²), Сартлан (238 км²), Урюм (76 кмВ), Хорошее (40 км²). До 28 % площади области занято болотами.