临沂市位于山东省的东南部,东部连接日照,地近黄海,西接枣庄、济宁、泰安，北靠淄博、潍坊。地跨东经117度24秒─119度11秒，北纬34度22秒─36度22秒，南北最大长距228公里，东西最大宽度161公里，总面积17184平方公里，是山东省面积最大的市。
临沂市交通十分便利，已形成海上、空中、公路、铁路相衔接的立体网络。已经复航的临沂机场为国家二级机场，是鲁南地区最大的民航机场，可起降波音737、麦道82等机型，现已初步开辟了通往全国各地的15条航线。境内以4条过境国道和14条省道干线为主，形成四通八达的公路网，公路总体水平和每平方公里密度超过全国平均水平。兖(州)石(臼所)铁路、坪(上)岚(山)铁路和即将建的哈尔滨至长江三角洲的沿海铁路大通道在境内交汇贯穿东西南北。建成的京(北京)沪(上海)高速公路和日(照)东(明)高速公路在临沂市内形成一个十字形，通车里程达到340公里。
临沂地处鲁中南低山丘陵区东南部和鲁东丘陵南部，地势西北高东南低，自北而南，有鲁山、沂山、蒙山、尼山四条主要山脉呈西北东南向延伸，控制着沂沭河上游及其主要支流的流向。以沂沭河流域为中心，北、西、东三面群山环抱。向南构成扇状冲积平原。地形复杂，差异明显，山区重峦迭嶂，千峰凝翠，丘陵逶迤蜿蜒，连绵起伏，平原坦荡如砥，一望无际，河道纵横交差，碧水如练。山地、丘陵、平原面积各占总面积的三分之一。山地集中分布在沂水、沂南、蒙阴、平邑、费县、莒南等县。地势较高，一般海拔400米以上。山地植被比较茂密，是发展林果业、畜牧业的主要基地，黄烟、花生、小麦、地瓜等农作物亦有种植。丘陵主要分布于山区外围，沂水、沂南、莒南、兰山、苍山、临沭、郯城、平邑等地都有分布，以沭河以东分布最广，一般海拔200米─400米。丘陵地带的土壤砂性大，适耕性好，土层较簿，保水肥能力差，适宜发展防护林和经济林，是花生、地瓜、玉米、黄烟等作物的的主要产地。平原有沂沭河冲积平原、山间沟谷平原、涝洼平原。沂沭河冲积平原主要分布在沂水南部、沂南东部、河东、兰山、罗庄、苍山、郯城。临郯苍平原土层深厚，土质肥沃，是粮食和蔬菜主要产区，素有“粮仓”之誉。山间沟谷平原主要分布在费县、平邑中部，蒙山前平坦谷地，蒙阴、沂南、沂水等县的山间沟谷之中，土层深厚，质地适中，多种小麦、玉米等作物。涝洼地平原主要分布于苍山和郯城南部，土壤粘重，排水不畅，易涝，多种小麦、水稻、蔬菜等作物。
本市内地质构造复杂，地层发育比较齐全，从太古界至新生界，除上奥陶统、志锱系、泥盆系、下石炭统、三叠系及中、下侏罗统、老第三系古新统、新第三系地层缺失以外，其他断裂带经郯城北北东向延伸，纵贯全市。境内山脉自北而南有鲁山、沂山、蒙山、尼山四条主要山脉。较大山头800余座，一般海拔200米至500米。海拔500米以上的山峰有500余座，海拔千米以上的山峰有10余座，秀出云表，风光壮丽。蒙山海拔1156米，为山东第二高峰，素称“岱宗之亚”，古为宗教文化名山。沂山海拔1032米，古称东镇，位居五镇之首，山峦清秀，风景幽奇。两山久负盛名，享誉中外。马鬃山、羽山、天宝山、文峰山、甲子山、银雀山、马陵山、蒙阴山、苍山、艾山等都以各自的雄奇、胜迹、史事、人物、传说、物产等特点闻名遐迩。境内有不少由流水侵蚀造成的桌状山，当地称为“崮”，素称沂蒙七十二崮，其实有百余崮之多，百崮雄姿，不仅在中国大地上是一大奇观，在世界也极为罕见。著名的有孟良崮、抱犊崮、南北岱崮、龙须崮、了阳崮、摩云崮、苏家崮、石崇崮、纪王崮、柱子崮等。解放战争时期，陈毅将军跃马蒙山沂水间，写下了“一片好风光，七十二崮堪爱”的壮美诗句。
气候为暖温带季风大陆型气候，四季分明，雨量充沛，气侯温和，全年平均气温14.1℃，极端最高气温36.5℃，最低气温-11.1℃，年降水量849毫米，全年无霜期200天以上。临沂市境内有10公里以上河流300多条，其中，沂河境内长287.5公里，沭河境内长253公里。全市有大小水库90座，库容量34亿立方米，水资源丰富。