Marmara Bölgesi’nin üçüncü büyük ili olan Kocaeli, Asya ile Avrupa’yı birbirine bağlayan Marmara Denizi’nin doğusunda yer almaktadır.
Doğusunda Sakarya, kuzeyinde Karadeniz, batısında Yalova ve İstanbul, güneyinde Bursa ile komşudur. Kocaeli İstanbul’a 108 kilometre, Bursa’ya 138 kilometre mesafede yer almaktadır. Kocaeli Ankara arasındaki mesafe 345 kilometre, Kocaeli, İzmir arasındaki mesafe ise 456 kilometredir. Marmara Bölgesi’nin en kalabalık illerinden biri olan Kocaeli’nin merkez ilçesi İzmit’in doğusundan geçen 30 derece doğu boylamı Türkiye saati için esas kabul edilmektedir.
İzmit körfezi doğal bir liman olmakla birlikte önemli bir deniz yoludur. Sapanca Gölü’nün bir kısmı Kocaeli sınırları içerisinde yer almaktadır. Karadeniz’e dökülen Ağva Deresi, Riva, Yulaflı Deresi, Kocadere, Sansu ile birlikte İstanbul’un su ihtiyacının bir kısmını karşılayan Darlık Deresi şehirdeki önemli akarsu kaynakları arasında sayılabilir. Kocaeli 1. derece deprem bölgesinde yer almaktadır.