Região Sudoeste do Estado de Mato Grosso conhecida como Médio Norte está a 240 quilômetros da capital de Cuiabá. Latitude 14º 04' 38'' S - Longitude 57º 03' 45'' W.
Faz limites com os municípios de Campo Novo dos Parecis, Pontes e Lacerda, Barra do Bugres, Nova Olímpia, Santo Afonso, Nova Marilândia, Sapezal, Campos de Júlio,

A Área Urbana do município possui 9.514.474,58 m², com 92 loteamentos divididos em 07 Macro-Setores (Lei Municipal 2.359/05).

Segundo o IBGE (estimativa 2005) a extensão territorial de Tangará da Serra é de 11.556 km², sendo 53% do território (6.124 km²) ocupados por reservas indígenas.
A população indígena de Tangará da Serra é composta por 950 índios da etnia Paresi.

As características do relevo do município são marcadas pela topografia plana (95%). Topografias suavemente onduladas e montanhosas respondem por 5%.
A localização de Tangará da Serra é entre as serras de Tapirapuã e dos Parecis, que por sua vez delimitam dois ecossistemas importantes no território brasileiro: o Pantanal (Sul) e o Chapadão dos Parecis (Norte). A Serra dos Parecis é o divisor de águas entre as bacias do Amazonas (Norte) e do Paraguai-Paraná (Sul).
A altitude média é de 423 metros acima do nível do mar.
Quanto à vegetação, Tangará da Serra dispõe de matas densas nas encostas e no alto da Serra de Tapirapuã, e cerrado no alto da Serra dos Parecis.

O clima do município é o tropical chuvoso quente e úmido, com dois períodos bem definidos: chuvas entre setembro e abril, e estiagem entre maio e agosto. (a precipitação anual varia entre 1.300 e 2.000 mm, com temperatura variável entre 16 e 36ºC. Umidade relativa média de 80%).

Os solos do município são representados pela classe dos latossolos vermelhos e vermelho amarelo em sua maioria, ocorrendo também latossolos escuros, terra roxa estruturada e arenosos. São solos de fácil mecanização, boa e ótima fertilidade, viáveis para agricultura e pecuária.

A hidrografia de Tangará da Serra é muito rica, sendo o Sepotuba o principal rio. Seu nome, na linguagem indígena, significa "Cipozal" devido à grande ocorrência de cipós em suas matas ciliares. Afluente do rio Paraguai, o Sepotuba é um importante rio do complexo do Pantanal, com águas límpidas em tom esverdeado e muito piscoso.
Outros rios importantes são o Formoso e o Juba, que se unem ao Sepotuba. Também há rios menores, como o rio do Sapo e Russo, além dos córregos Ararão, Estaca, Tarumã, Água Limpa, Queima Pé, Bezerro Vermelho, entre outros. Outros rios são o Jauru, o Sangue, o Papagaio e o Verde, estes três últimos já integrando a bacia do Amazonas

A população do município de Tangará da Serra, conforme os dados divulgados pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) em julho de 2005, é de 70.259 habitantes, sendo 6.958 na zona rural.
O número de eleitores no município é de 52,520 segundo dados do Tribunal Regional Eleitoral.