La provincia di Bologna comprende l'Emilia sud-orientale e sette comuni il cui territorio è interamente compreso nella regione storico-geografica della Romagna: Borgo Tossignano, Casalfiumanese, Castel del Rio, Dozza, Fontanelice, Imola, Mordano. Confina a nord con la Provincia di Ferrara, a est con la Provincia di Ravenna, a sud con la Toscana (Provincia di Firenze, Provincia di Prato e Provincia di Pistoia) e a ovest con la Provincia di Modena.

Il territorio provinciale si estende principalmente in pianura e in collina (la montagna occupa il 21,3% della provincia, contro una media regionale del 25%).

I fiumi che maggiormente interessano il territorio provinciale sono il Reno, il Savena, l'Idice e il Santerno. I principali torrenti sono invece il Samoggia, il Setta e il Sillaro.

Nell'esteso sistema collinare spiccano due dorsali che si pongono trasversalmente alle valli principali: il Contrafforte pliocenico e la Vena del gesso. Caratteristici e quasi unici al mondo sono i calanchi, formazioni collinari scavate dallo scorrere delle piogge sui versanti argillosi di diverse densità, presenti lungo la Vena del gesso sulle colline da Reggio Emilia fino alla provincia di Rimini.