Ankara ili, doğuda Kırıkkale, kuzeydoğuda Çankırı, kuzeybatıda Bolu, batıda Eskişehir, güneyde Konya, güneydoğuda Kırşehir ve Aksaray ile komşudur. 1355 kilometre uzunluğu ile, tamamı Türkiye toprakları üzerinde yer alan en büyük nehir olan Kızılırmak ilin doğusunu, 824 kilometre ile Türkiye'deki en büyük nehirlerden olan Sakarya Nehri ise, ilin batısını sulamaktadır. Sakarya Nehri'nin kollarından Ankara Çayı, il merkezinden geçer. İlin güneyinde ise 1300 km² ile ülkenin en büyük ikinci gölü, %32,4 tuz oranıyla da dünyanın en tuzlu ikinci gölü olan Tuz Gölüvardır. Ayrıca Tuz Gölü'nün de içinde bulunduğu havza, Türkiye'nin en büyük kapalı havzasıdır. Ovalık bir alanda kurulan ilin yüzölçümünün yaklaşık %50'sini tarım alanları, %28'ini ormanlık ve fundalık alanlar, %12'sini çayır ve meralar, %10'unu ise tarım dışı araziler teşkil etmektedir. İlin en yüksek noktası 2015 m. yüksekliğindeki Elmadağ, en geniş ovası 3789 km²'lik yüzölçümü ile Polatlı Ovası, en büyük gölü yaklaşık 490 km²'lik yüzölçümü ile Tuz Gölü'nün il içindeki alanı, en uzun akarsuyu yaklaşık 151 km'lik uzunluğu ile Sakarya Nehri'nin il içindeki bölümü, en büyük barajı ise
Eskişehir ilinde sert bir kara iklimi hüküm sürer. Gece ve gündüz arasındaki ısı farkı vardır. Eskişehir'in ilçelerinden Seyitgazi'nin küçük bir bölümü Ege'nin, Sarıcakaya İlçesi'nin tümü ile Merkez ve Mihallıçık ilçelerinin bir bölümü Karadeniz Bölgesi'nin etkisindedir. Ancak Eskişehir, coğrafi karakterini genellikle İç Anadolu Bölgesi'nden alır. Kuzeyden Bozdağ ve Sündiken Dağları, güneyden Emirdağ, doğudan Orta Asya Vadisi, batıdan Türkmen Dağı gibi doğal sınırlarla çevrili olan il alanı, yaklaşık 13.653 km2 dir. Bu alanıyla il, Türkiye topraklarının %1.8' ini kaplamaktadır. İl merkezinin denizden yüksekliği ise 792 m dir. Eskişehir ili, güneyden Afyonkarahisar'ın Emirdağ ve İnsaniye; güneydoğudan Konya'nın Yunak; doğudan Ankara'nın Polatlı, Nallıhan ve Beypazarı; kuzeybatıdan Bolu'nun Göyük; batıdan Bilecik'in Gölpazarı, Söğüt, Bozüyük ilçeleri ve Kütahya ile çevrelenmiş durumdadır. Yaklaşık %22'sini dağların oluşturduğu ilin, yeryüzü şekilleri içinde ovaların payı %26 dolayındadır. İç Anadolu'nun kuzeybatı köşesinde yer alan Eskişehir ilinin topografik yapısını, Sakarya ve Porsuk havzalarındaki düzlükler ile bunları çevreleyen dağlar oluşturur. Havza düzlüklerini, kuzeyden Bozdağ-Sündiken Sıradağları, batı ve güneyden ise İç Batı Anadolu eşiğinin doğu kenarında yer alan Türkmen Dağı, Yazılıkaya Yaylası ve Emirdağ kuşatır.