日照市位于山东省东南部黄海之滨，东经118°25′～ 119°39′，北纬 35°04′～ 36°04′。东临黄海，西接临沂市，南与江苏省连云港市毗邻，北与青岛市、潍坊市接壤。南北长约 82 公里，东西宽约 90 公里，总面积 5358.57 平方公里。

日照市属鲁东丘陵，总的地势背山面海，中部高四周低，略向东南倾斜，山地、丘陵、平原相间分布。最高点为五莲县境内马耳山，海拔 706 米；最低点为东港区东海峪村，海拔 1 ～ 1.5 米。山地占总面积的 19.7%，丘陵占 52.9%，平原占19.9％，水域占 7.5%。

全市河流分属沭河水系、潍河水系和东南沿海水系，较大河流有沭河、傅疃河、潮白河、绣针河、潍河、巨峰河等。其中：沭河是我市境内最大的河流，由沂水进入莒县境内，纵贯莒县南北，境内干流长 83.29 公里；傅疃河是我市最大独流入海河道，境内干流长 60.72 公里；潍河经莒县、五莲县入墙夼水库，境内干流长 47.5 公里；绣针河是省际边界河道，境内干流长度 24.42 公里；潮白河是我市与青岛市边界河道，境内干流长 41.83 公里。

日照无天然湖泊，共有水库 594 座，总库容13 亿立方米。其中：大型水库 3 座，分别是日照、青峰岭、小仕阳水库；中型水库 10 座，分别是马陵、巨峰、峤山、户部岭、长城岭、石亩子、学庄、河西、小王疃、龙潭沟水库。

日照海岸位于黄海中部，岬湾相连，北起甜水河口，南到绣针河口，全长 168.5 公里，属于比较平直的基岩沙砾质海岸。海岸线上有石臼湾、佛手湾两大天然港湾与日照港、岚山港组成的日照港群。近陆岛屿有桃花岛、出风岛；远有平岛、达山岛和车牛山岛组成的“前三岛”，面积 0.321 平方公里。

日照境内有大小山头 4358 座。西部为泰沂山脉系，大多呈东南、西北走向；北部山脉多呈南北和西南、东北走向；中南部有7条互不衔接的山脉，走向各异；东部属胶东丘陵。海拔 500 米以上的有39 座。