Udon Thani terletak di tengah-tengah Penara Khorat antara Khon Kaen dengan Nong Khai, dan pada landasan kereta api yang menuju ke utara dari Khorat ke sempadan Laos. Bagaimanapun, perkhidmatan kereta api kini tamat beberapa kilometer daripada sempadan tersebut. Ibu kota provinsi ini yang mempunyai nama yang sama ialah bandar yang kelima terbesar di Thailand.