La province est délimitée au nord-ouest par la province de Namur, au nord-est par la province de Liège, à l’est par le grand-duché de Luxembourg (cantons de Clervaux, Wiltz, Redange, Capellen et d’Esch-sur-Alzette) et au sud par les départements français de Meurthe-et-Moselle, Meuse et Ardennes (Grand Est).
Le territoire couvre les sous-régions naturelles suivantes :
la Lorraine belge, le tiers sud, elle-même composée à l’ouest de la Gaume (correspondant à peu près à l’arrondissement de Virton) et à l’est du Pays d’Arlon (correspondant à peu près à l’arrondissement d’Arlon), sous-régions culturelles ;
une partie de l’Ardenne, les deux tiers nord ;
une partie de la Calestienne, pour bon nombre de communes limitrophes de la province de Namur ;
une partie de la Famenne, à l’extrême nord autour de Marche-en-Famenne ;
une minuscule partie du Condroz dans la commune de Durbuy à la pointe nord.
Avec 115 m d’altitude, les rives de l’Ourthe à la frontière avec la province de Liège est le point le plus bas de la province.
Avec 652 m d’altitude, la Baraque de Fraiture (commune de Vielsalm) est le point culminant de la province.
Les cours d’eau principaux sont les rivières suivantes :
la Semois, affluent de la Meuse qui prend sa source à Arlon et traverse le sud de la province d’est en ouest ;
la Sûre, affluent de la Moselle qui prend sa source près de Vaux-lez-Rosières dans le centre de la province et coule vers l’est ;
la Lesse, affluent de la Meuse qui prend sa source à Ochamps dans le centre de la province et coule vers le nord-ouest ;
l’Ourthe, affluent de la Meuse qui prend ses sources à Ourt (commune de Libramont, centre de la province) et Ourthe (commune de Gouvy, nord-est de la province) et coule vers le nord ;
le Ton, affluent de la Chiers qui prend sa source à Châtillon dans le Sud de la province ;
la Lhomme, affluent de la Lesse qui prend sa source à Bras (commune de Libramont, centre de la province), et qui coule vers le nord pour rejoindre la province de Namur.
Cartes connexes : « Carte physique de la province de Luxembourg »