Область расположена на юге Западно-Сибирской равнины, в среднем течении Иртыша. Граничит на юге с Казахстаном (протяженность границы 1020 км), на западе и на севере – с Тюменской областью, на востоке – с Новосибирской и Томской областями. Территория: 139,7 тыс. км² (0,8 % территории РФ).

Время опережает московское на 3 ч.

Поверхность – полого-волнистая равнина с высотами 60-140 м над ур.м. Типичны грядообразные возвышенности («гривы») – главным образом, в южной половине; в северной части – обширные заболоченные пространства.

Все реки области принадлежат бассейну Иртыша, который пересекает область на протяжении более чем 1 тыс. км. Кроме Иртыша, по территории протекает более 2 тыс. рек и других водотоков общей протяженностью 8 тыс. км. Крупнейшие притоки на территории области – Омь и Тара. Речная сеть слабо развита на юге и достаточно густа на севере.

В области около 16 тыс. озер. В южной части преобладают соленые озера, в том числе целебные – Эбейты, Ульджай, а в северной – пресные. Самые крупные из пресных озер – Ик, Салтаим, Тенис находятся в Крутинском районе (Большие Крутинские озера).

На юге области расположены степи, в центре лесостепная зона в основном с лиственными лесами, на севере – преобладают хвойные леса. Леса – одно из основных богатств области (27 % ее площади). Хвойные породы: сосна обыкновенная, пихта, ель, кедр; из лиственных – береза, осина.