塘厦镇中心城区位于东经114°5′35"，北纬22°4′24"，位于东莞-深圳-香港经济大走廊之间。东与清溪 镇相邻，南与凤岗、深圳交接，西与黄江镇接壤，北与樟木头镇相连。东西相距约11.4公里，南北相距约14.7公里，面积为168平方公里。镇中心距深圳市中心35公里，离深圳机场只需40分钟车程；距东莞市城区52公里，只需30分钟；距广州市108公里，离广州火车站仅需80分钟车程。东距惠州市56公里，只需60分钟车程。莞深高速、龙林高速、东深公路、广深铁路贯穿而过，是东莞东南部的交通枢纽。莞深高速公路开通后，塘厦成为东莞市直通香港最快的交通要道之一。

地貌塘厦镇境内群山环抱，四周峰峦起伏，中部平原上分布着零散低矮的小山岗。观澜河从西南往东北流 经镇中心与石马河汇合，经樟木头、清溪、常平、桥头等镇注入东江。全镇地势西南高东北低，是东莞市山区片的小盆地。

地质塘厦盆地表层多为渗育型粘土和沙质土，往下1米处多是带粘性黄泥土或沙质红土（当地群众称其为“灰沙”，因可与石灰混合作建房之用），再向下一般是水石或灰黑色岩石。在四周起伏的山岭中，出露地层有下古生界震旦系、上古生界泥盆系、石灰系、侏罗系。 气候塘厦位于东莞市东南部，濒临南海，地处北回归线以南，阳光充足，属亚热带季风气候。该镇春夏两季吹东南风，空气湿润，雨量充沛，秋季常吹西风，秋高气爽；冬季多吹北风或西北风，空气较为干燥，较冷年份会出现短期霜冻。

年均无霜期339天，1月是一年当中最冷的月份，2月1日至3月10日，是由冬季转春季的过渡期。塘厦因受地形、海洋影响，境内气温与莞城相比略低，全年平均气温为21.9℃。塘厦年均降雨量为1800毫米，其中12月至次年2月为全年最少月份，月平均约30余毫米；5月至9月为全年最多年份，月均约300毫米；10月至11月，月均约100余毫米。