翁牛特旗位于內蒙古自治區東部，赤峰市境中部，北緯42°26′-43°25′、東經117°49′-120°43′。北隔西拉沐淪河與林西縣、巴林右旗、阿魯科爾沁旗、通遼市開魯縣相望，東與敖漢旗、通遼市奈曼旗毗鄰，南與赤峰市松山區接壤。西與克什克騰旗相連。全旗東西最大距離256千米，南北最大距離86千米，總面積11882平方千米，總人口48萬人（2010年）。轄8個鎮、2個鄉、4個蘇木：烏丹鎮、烏敦套海鎮、五分地鎮、橋頭鎮、廣德公鎮、梧桐花鎮、海拉蘇鎮、億合公鎮、解放營子鄉、阿什罕蘇木、新蘇莫蘇木、白音套海蘇木、毛山東鄉、格日僧蘇木。旗政府駐烏丹鎮，南距赤峰市區85千米。
地處大興安嶺山脈與七老圖山脈匯接地帶東麓，科爾沁沙地西緣。西部屬中低山丘陵區，東部屬科爾沁沙地。主要河流有老哈河、西拉木倫河等。年降水量366.5毫米，年均溫6.8℃。礦藏有鉛、鋅、鐵、煤、瑩石等。工業多集中在烏丹鎮，以采礦、皮革、皮毛加工、建材、化工等為主。東部以牧業為主。中西部以農業為主。305國道、306國道、205省道和G16赤大高速公路過境。