大分県のほぼ中央に位置し、北は宇佐市と別府市、南は竹田市、東は大分市、西は玖珠郡(玖珠町と九重町)に接しています。 北部から南西部にかけては由布岳や黒岳など1,000m級の山々が連なり、由布岳の麓には標高約450mの由布院盆地が形成されています。これらの山々を源とする河川が大分川を形成し東西に流れています。中央部から東部にかけては、山麓地帯と大分川からの河岸段丘が広がっています。