La ville de Tortosa se trouve au Sud de la Catalogne, dans la région du Baix Ebre, l'une des plus vastes de la province de Tarragone.
Cet emplacement stratégique fait de la ville un site privilégié car elle se trouve à équidistance des grandes villes de Barcelone, Valence et Saragosse, toutes à environ 200 km.
La ville domine l'Èbre, non loin de son embouchure, aux portes de son delta et à proximité du massif montagneux d'Els Ports. Son climat est de type méditerranéen.
Elle est délimitée par le massif montagneux d'Els Ports de Tortosa-Beseit et les chaînes de Cardó et du Boix, juste à la confluence du massif du Système Ibérique avec les montagnes pré-littorales de la côte catalane. Les terres de la commune occupent une vallée fertile d'une grande tradition maraîchère, avec un paysage singulier à partir du delta grâce à la présence des rizières. La chaîne montagneuse de droite, une ramification du système central, est très escarpée et ses sommets atteignent plus de mille mètres d'altitude. En revanche, les montagnes de gauche, dans le prolongement du massif du Cardó, s'achèvent au niveau du col de Santa Catalina et leur altitude est nettement moins élevée. Ces deux massifs montagneux, disposés en parallèle par rapport au cours du fleuve, délimitent les terres de la commune. La vallée présente une faible pente, avec un dénivelé de seulement 7 mètres sur les 30 derniers kilomètres du fleuve, jusqu'à son embouchure. Cette situation géographique privilégiée fut propice à l'apparition des premiers établissements humains car l'Èbre - le plus grand fleuve de la Péninsule Ibérique - a toujours permis à ses habitants de subvenir aisément à leurs besoins.
La commune de Tortosa est assez étendue et comprend les bourgs de Bítem et Santa Rosa, avec de nombreuses cultures, le site industriel de Campredó et la Font de Quinto, le lieu-dit d'Els Reguers, montagneux et artisanal, le quartier très dynamique et peuplé de Jesús, avec deux nouveaux bourgs, et Vinallop et ses rizières dans les terres de l'intérieur de l'embouchure de l'Èbre.
Le climat de Tortosa, méditerranéen, est en général doux et agréable, et les températures moyennes annuelles sont comprises entre 13 et 22 degrés. La moyenne annuelle des précipitations va de 500 à 700 mm. En hiver, des vents forts viennent du Nord et du Nord-ouest (vent de Dalt, Cerç ou Tramontane) et peuvent atteindre plus de 100 km/h en rafale. La neige, très rare dans la vallée, fait parfois son apparition sur les sommets du massif d'Els Ports pendant l'hiver.