Doboj je centar regije, relativno velike etničko-geografske cjeline u centralnom sjevernom dijelu Bosne i Hercegovine, i u središnjem pojasu Republike Srpske. Grad je utemeljen i razvijao se u području jedne šire geografske zone pobrđa, preko koje se planine Balkana blago spuštaju u nizije Panonije. Ovo je prostor koji je od davnina bivao kolijevka ljudskim naseljima u proširenoj dolini rijeke Bosne, gdje se iz dva suprotna smjera slivaju pritoke Usora i Spreča. Jezgro naselja zapremilo je dio aluvijalne ploče doline rijeke Bosne i po njenom rubu najniže ogranke planinskih masiva Krnjina, Ozrena i Trebave.

Površina Opštine Doboj prije rata iznosila je 691 km². Dejtonskim sporazumom dio teritorije opštine Doboj pripao je opštinama Doboj Istok, Doboj Jug i Usora dok je Doboju pripao dio prijeratne teritorije opštine Maglaj. Grad leži na geografskim koordinatama 44°40` sjeverne geografske širine i 18°06` istočne geografske dužine.
Doboj se nalazi u oblasti koja pripada peripanonskom obodu, u kojem vlada umjereno-kontinentalna klima. Odlike ovog tipa klime su umjereno topla ljeta i umjereno hladne zime. Sam grad leži na nadmorskoj visini od 146 m dok na širem geografskom prostoru preovladavaju nizije u riječnim dolinama, brežuljkasto-brdoviti tereni i niske planine do 1000 m NV.
Prostor opštine Doboj je komunikacijska spona Panonskog i Jadranskog basena s jedne strane, te Zapadne Evrope i Centralnog Balkana s druge strane i kao takav ima strateški značaj za cijelu Bosnu i Hercegovinu.
Putnu mrežu opštine čini oko 650 km lokalnih i regionalnih puteva, te 60 km magistralnih puteva, koji preko Doboja vode prema sjevernom, istočnom i zapadnom dijelu Republike Srpske, odnosno prema Bosanskom Brodu, Banja Luci, Modriči i Brčkom, a prema jugu ka Federaciji Bosne i Hercegovine.

Željeznicom je Doboj povezan sa Zagrebom i Beogradom, te sa Jadranskim morem preko Sarajeva do Ploča. U Doboju je sjedište Željeznica Republike Srpske i Korporacije za željeznički saobraćaj BiH.
Udaljenost Doboja od većih centara: od Banja Luke 105 km, od Beograda 240 km, od Sarajeva 150 km, od Zagreba 260 km, od Splita 315 km.
Doboju najbliži aerodromi nalaze se kod Tuzle (udaljen 85 km) i Banja Luke ( udaljen 77 km).