Botucatu, que no passado chegou a representar 25% da extensão territorial de São Paulo, está localizada na região centro sul do Estado, ocupando hoje uma área de 1.486,4 km².

Se encontra a 235 km da capital estadual São Paulo, à qual se interliga pelas Rodovias Marechal Rondon e Castelo Branco. Localiza-se a 22º 53' 09" de latitude sul e a 48º 26' 42" de longitude oeste. Tem altitude relativamente elevada, que varia de 756m a 920m de altitude (metros acima do nível do mar), e seu clima é classificado como subtropical úmido, com temperatura média de 22º C.

Faz fronteira com os seguintes municípios: Dois Córregos e Santa Maria da Serra (ao Norte), Itatinga e Pardinho (ao Sul), Anhembi e Bofete (a Leste) e Avaré, Pratânia e São Manuel (a Oeste).