จังหวัดอุดรธานีและพิบูลย์รักษ์ กับขนาดที่ตั้งของอำเภอมีพื้นที่ 186.375 ตารางกิโลเมตร อยู่บนที่ราบสูงในภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไทย ห่างจากกรุงเทพมหานครประมาณ 564 กิโลเมตร จังหวัดอุดรธานีมีพื้นที่ประมาณ 11,730.30 ตารางกิโลเมตรหรือประมาณ 7.3 ล้านไร่ เป็นจังหวัดที่มีพื้นที่มากเป็นอันดับ 4 ใน 20 จังหวัดของภาคตะวันออกเฉียงเหนือ รองจากจังหวัดนครราชสีมา อุบลราชธานี และชัยภูมิ และเป็นลำดับที่ 11 ของประเทศ (คิดเป็นร้อยละ 2.29 ของพื้นที่ประเทศ) ตั้งอยู่ที่เส้นรุ้งที่ 17 องศาเหนือ เส้นแวงที่ 103 องศาตะวันออก
จังหวัดอุดรธานีมีอาณาเขตติดกับจังหวัดอื่น ๆ ดังนี้