El término municipal se extiende desde un corto tramo de costa en la costa noroeste al norte de Puerto de la Cruz hacia el interior de la isla hasta el Pico de Teide. Con 206,78 km², es el mayor de los 30 municipios de Tenerife y limita con 15 de ellos: Icod de los Vinos, Puerto de la Cruz y Los Realejos al norte, Arafo y Santa Úrsula al noreste, Fasnia y Güímar al este, Arico al sureste, Granadilla de Abona y Vilaflor al sur, Adeje al suroeste, Guía de Isora y Santiago del Teide al oeste y La Guancha y San Juan de la Rambla al noroeste.

Su encantadora ubicación en el Valle de Orotava atrajo a viajeros hace 200 años, como el naturalista Alexander von Humboldt. El Mirador Humboldt, una vista muy visitada sobre el valle, lleva su nombre. El Parque Nacional del Teide, declarado Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO en 2007, se encuentra en gran parte en la zona urbana de La Orotava.