Տավուշի մարզը գտնվում է Հայաստանի Հանրապեության տարածքի հյուսիս-արևելյան հատվածում: Մարզը հարավ-արևելքում և հարավում սահմանակից է Գեղարքունիքի և Կոտայքի մարզերին, արևմուտքում` Լոռու մարզին և պետական սահմանով` Վրաստանին, հյուսիսում և արևելքում` Ադրբեջանին: Մարզի կենտրոնով դեպի հյուսիս-արևելք հոսում է Աղստև գետը: Ծովի մակարդակին ամենամոտ կետը (Հայաստանի Հանրապեության ռելիեֆի ամենացածր կետը) գտնվում է Դեբեդավան գյուղի մոտ`390 մ, ամենաբարձր կետը Միափորի լեռնաշղթայի Մուրղուզ լեռն է` 2 993 մ:
Տավուշի մարզը տարածվում է Փոքր Կովկասի լեռնաշղթաների արտաքին շարի վրա (Վիրահայոց, Գուգարաց և Միափորի լեռներ): Գտնվում է Հայաստանի Հանրապեության չափավոր խոնավ տարածաշրջանում: Արևափայլքի տարեկան տևողությունը 1 900 -2 100 ժամ է, անարև օրերի թիվը՝ 65: Ամառները լինում են տաք, ձմեռները` մեղմ: Գետերը պատկանում են Կասպից ծովի (Կուր գետի) ավազանին և սնվում են հալոցքային, ստորերկրյա և անձրևային ջրերից:
Բնական լիճը` Դիլիջանի մոտ գտնվող Պարզ լիճն է: Այստեղ են գտնվում Ջողազի, Հախումի, Տավուշի, Այգեձորի և Իջևանի արհեստական ջրամբարները: Մարզի ընդհանուր մակերեսի 40.3%-ը զբաղեցնում են խառն անտառները, որոնք աչքի են ընկնում բուսական և կենդանական աշխարհի բազմազանությամբ: Բնության նախաստեղծ վիճակի պահպանության, առավել հարստացման և տեղական պայմաններում նոր տեսակների ստացման նպատակով Աղստևի ավազանում ստեղծված են Դիլիջանի պետական արգելոցը և Իջևանի անտառային այգին: Մարզի և հատկապես Աղստևի հովտի բնակլիմայական պայման-ները (մեղմ կլիմա, թթվածնով հարուստ լեռնային մաքուր օդ, հանքային բուժիչ ջրեր, անտառներ, դեղաբույսերով հարուստ լեռնաշխարհ) չափազանց նպաստավոր են բնակչության հանգստի կազմակերպման, առողջության վերականգնման և միջազգային տուրիզմի զարգացման համար:
