Marmara Bölgesi'nin kuzeydoğu bölümünde yer alır. Kendi adı ile anılan ovanın güneybatı kenarında kurulmuş olup, tarihi İstanbul - Anadolu yolunun Sakarya Irmağı'nı aştığı noktada bir köprü başı ve kavşak noktası konumuna sahiptir. İl toprakları idari açıdan doğudan Düzce ve Bolu'nun; Göynük, Mudurnu, Akçakoca, güneyden Bilecik'in Gölpazarı ve Osmaneli, batıdan ise Kocaeli'nin Kandıra, Merkez ve Gölcük İlçeleri, kuzeyden ise Karadeniz'den çevrilidir.
İlin Merkezi olan Adapazarı Akova adıyla anılan düzlükte, Sakarya Havzası'nın aşağı kısmındadır. Doğudan Çam Dağı, güney ve güneydoğudan Samanlı Dağları, kuzeyden Karadeniz ile sınırlanan Sakarya İlinin Batıdan belirgin bir doğal sınırı yoktur. İlin başlıca gölleri Sapanca, Taşkısığı, Poyrazlar, Akgöl, Gökçeören ve Acarlardır. Akarsuları 159 km uzunluktaki Sakarya Nehri ile ona karışan Mudurnu Çayı ve Sapanca Gölü'nün ayağını teşkil eden Çark suyudur.
Sakarya ili doğal bitki örtüsü bakımından oldukça zengindir. Kuzey Anadolu kıyı dağlarının uzantısı olan dağlar gür ormanlarla kaplıdır.
Sakarya'nın iklimi hem Marmara Bölgesi iklimi hem de Karadeniz iklimi özelliklerini taşır. Kışlar bol yağışlı ve az soğuk, yazlar ise sıcak geçer.