Adıyaman ili Türkiye'nin Güneydoğu Anadolu Bölgesinin batı kesiminde yer almaktadır. Kuzeyinde Malatya, kuzeydoğusunda Diyarbakır, doğusunda ve güneyinde Şanlıurfa, güneybatısında Gaziantep ve batısında Kahramanmaraş illeriyle de komşudur. Ayrıca Toroslar'ın uzantısı olan Malatya Dağları'nın da güneyinde kalır.
Ayrıca Adıyaman ili matematiksel konum olarak 37° 24' ve 38° 12' kuzey enlemleriyle, 37° 26' ve 39° 15' doğu boylamları arasında yer alır.