Tebing Tinggi terletak di antara 3º19` - 3º21` lintang utara dan 98º9` - 98º11` bujur timur. Kota ini dikelilingi oleh beberapa perkebunan besar, baik milik pemerintah mahupun swasta yang kesemuanya secara pentadbiran masih berada dalam kawasan Kecamatan Tebing Tinggi, Kabupaten Deli Serdang.

Selain itu, Tebing Tinggi terletak di jalan penghubung antara Pantai Barat dan Pantai Timur Sumatera Utara. Daerah ini dilintasi oleh empat aliran sungai besar dan kecil, iaitu: Sungai Padang, Sungai Bahilang, Sungai Kalembah dan Sungai Sibarau.

Tanah Tebing Tinggi pada umumnya mendatar dan bergelombang, dengan ketinggian sekitar 26-34 meter di atas permukaan laut.