La ciudad se encuentra ubicada en la Depresión Intermedia, valle que se extiende por buena parte del territorio continental de Chile, y que se encuentra en el espacio que se desarrolla entre las cordilleras de la Costa por el oeste, y la de los Andes por el este. Las coordenadas de la ciudad son 35°25'59"S 71°40'00"O.

Límites de la comuna

Sus límites son: por el Norte una frontera convencional con las comunas de San Rafael y Pelarco; por el Oeste los cerros del Valle de Pencahue; por el Sur el estero Caiván, que la separa de la comuna de Maule, y por el este una frontera convencional que la separa de la comuna de San Clemente.

Hidrografía

El valle del río maule, que junto al río Claro y Lircay rodean la ciudad, permiten la producción agrícola de diversos productos, especialmente la vid. Se encuentra el primer y principal embalse llamado Los Cipreses construido en la década de 1950 a orillas de la Laguna del Maule, que limita con Argentina. El río Maule, ubicado al sur de la ciudad, fue históricamente el límite entre los territorios ocupados primero por los incas y posteriormente por los colonizadores españoles, con los mapuches, constituyendo en un primer momento el territorio conocido como La Frontera.

Talca está atravesado por numerosísimos esteros y canales, resabios de la actividad agrícola en las respectivas zonas. Entre los diferentes cursos de agua están el estero Piduco (que divide el centro de la ciudad y el área sur), el estero Caiván (límite con la comuna de Maule) y los canales Baeza, Cartón, Williams, entre otros.
 

Clima

El clima de Talca es mediterráneo continental, propio del valle del río Maule. Éste presenta una estación seca de 7 meses.

Las precipitaciones son casi exclusivamente de origen frontal y más abundantes en invierno. El total de las precipitaciones entre mayo y agosto alcanza al 80% a 85% del total anual. El total de precipitaciones en Talca es de 390 mm, aunque estas están repartidas en sólo aproximadamente 40 días, pero cuando estas ocurren suelen ser torrenciales y acompañadas de vientos.

Las temperaturas son bastante extremas, con diferencias importantes entre el día y la noche, con una temperatura media anual de 20°C . Los inviernos son frescos con frecuentes lloviznas y nieblas, también son frecuentes los frescos matinales desde mediados de otoño hasta principios de primavera, llegando incluso a los -2 °C en algunos inviernos. Los veranos son, por lo general sumamente calurosos y secos, con máximas que frecuentemente llegan a los 35 °C, y con mínimas tibias, superando ligeramente los 23 °C.La maxima total registrada fue de 45.5 ºC,mientras que la minima fue de -4.7 ºC