Տավուշի մարզը գտնվում է Հայաստանի հյուսիսարևելյան հատվածում։ Ընդգրկում է Իջևանի, Տավուշի (նախկինում՝ Շամշադին), Նոյեմբերյանի, Դիլիջանի տարածաշրջանները և 5 քաղաքներ՝ Իջևան, Նոյեմբերյան, Բերդ, Դիլիջան և Այրում։
Մարզը սահմանակից է Վրաստանին, հյուսիսում և արևելքում՝ Ադրբեջանին։ Հայաստանի պետական սահմանից մարզին բաժին է ընկնում 400 կմ հատված, որից 352-ը՝ Ադրբեջանի հետ։ Մարզի կենտրոնով դեպի հյուսիս-արևելք հոսում է Աղստև գետը։ Ամենացածր կետը գտնվում է Դեբեդավան գյուղի մոտ (380 մ), ամենաբարձր կետը՝ Միափորի լեռնաշղթայի Մուրղուզ լեռն է (2993 մ)։ Հայաստանի Տավուշի մարզը տարածվում է Փոքր Կովկասի լեռնաշղթաների արտաքին շարի վրա (Վիրահայոց, Գուգարաց և Միափորի լեռներ)։ Գտնվում է Հայաստանի չափավոր խոնավ տարածաշրջանում։
Արևափայլքի տարեկան տևողությունը 1900-2000 ժամ է։
Ամառները լինում են տաք, ձմեռները՝ մեղմ։ Գետերը պատկանում են Կասպից ծովի (Կուր գետի) ավազանին և սնվում են հալոցքային, ստորերկրյա և անձրևային ջրերից։
Գտնվում է Երևանից 137 կմ հեռավորության վրա։