本鎮位於苗栗縣西南部，南北長約有十六公里，東西寬約有十一公里， 總面積一百零七餘平方公里，約佔全縣面積十七分之一。本鎮西臨
台灣海峽，海岸南北綿延十六公里餘；東鄰銅鑼、三義兩鄉；南與苑裡鎮為界；北邊和東北邊分與 後龍及西湖兩鄉相連，形狀略呈三角形。地理位置大約在東經一百二十度，北緯二十四度左右。
地形以丘陵為主體，地勢東南高西北低、呈緩斜狀，向海岸線逐漸降低。通霄丘陵為苗栗丘陵的一部份，最高處在福興里大坑附近，海拔約四百三十八公尺；西 面山麓有廣大的保安林，為本鎮的水源區。
西側的虎頭山，形如猛虎仰首長嘯，稜脈自市區北側向北延伸至白沙屯，是東北季風的天然屏障。近海岸線的平原地區，加上南勢溪兩岸河階台地，北勢盆地，內湖盆地為農業發的地區。通霄沿海地區為砂質潔白細軟的沙丘地形，其間有 通霄海水浴場，白沙、新埔、通霄等三漁港。
本地主要河川為通霄溪及南勢溪，兩溪匯流統稱通
霄溪流域，通霄溪過去又名吞霄溪，在打哪叭溪以南，舊屬吞霄二堡，長十公里。流域面積七十九‧八八平方公里，占全鎮面積的四分之三，為鎮內主要河川；通霄溪流分南北二支，均源自火炎山脈西麓的保安林，西流注入台灣海峽。通霄溪又稱沙溪，河道平緩水流緩慢，而南勢溪陡急，水流急湍，在颱風暴雨時，流速慢的通霄溪不易流入南勢溪，河道不易紓解雨水，因此常氾濫成災，經過鎮長大力奔走爭取整治經費，目前已完成整治工作，遇雨成災狀況已獲改善。
氣候上因近海 洋，溫暖清爽，中有虎頭山麓景色清秀，西眺海闊天空心曠神怡，通霄海水浴場隱約可見，不論晴空或夕照均展現無比風情，實為山明水秀之鄉，近年來中國石油公司在本鎮開鑿三十餘口油井，生產石油及天然氣，另有遠東最大精鹽廠及多處名勝古蹟。配合台中港的發展，本鎮不僅為風景名勝，更發展為苗栗地區工農皆宜的重要城鎮。。