天河区位于广州市老城区东部，东到玉树尖峰岭、吉山狮山、前进深涌一带，与黄埔区相连；南到珠江，与海珠区隔江相望；西从广州大道、杨箕、先烈东路、永福路，沿广深铁路方向达登峰，与越秀区和东山区相接；北到筲箕窝，与白云区相接，区境地理坐标是东径113°15′55″～113°26′30″，北纬23°6′0″～23°14′45″。区径东西极限长18.75公里，南北极限长15.75公里。总面积147.77平方公里，其中建成区面积约68公里，是建设中的广州市城市中心区。 　　

天河区具有良好的地理区位。从东西方向看，天河区是广州市向东发展城市带的起点。《广州市城市总体规划》（1991～2010年），确定了广州市建设和用地向东南和东北发展的两个主要方向，向东沿珠江扩展城市用地至黄埔，天河区正好位于这一发展带的西部起点。从南北方向看，天河区是广州市新城市中轴线经过的中心地区。广州新城市中轴线包括城市功能轴线、城市景观轴线和城市发展轴线，上述轴线均经过天河区，这种在空间上聚集的城市轴线可以强化天河的城市形象，有助于提高天河的新城市中心地位和经济竞争能力。　

天河区是广州的新中心城区，该区交通系统发达。近年来，天河区重点扩建了中山大道、黄埔大道、广汕公路、大观路、沙太路等道路，新建了广园东快速干道、华南快速干线、广深高速公路和广州市外环路等道路。此外，地铁一号线和地铁三号线从该区出发，纵贯区内繁华地段。新建多座大型桥梁，如华南快速干线经过路段的立交桥以及环城高速公路、广深高速公路经过路段的立交桥，以及广州大桥、华南大桥、东圃大桥、琶洲大桥等多座跨江大桥。 　

目前，天河区的主干道有：天河路、中山大道、黄埔大道、广园路、先烈路、广州大道、广汕路、广州环城高速公路、华南快速路、广园快速路等。 　　

广州地铁一号线和三号线的始发站均设在天河区，在该区设有体育西路、体育中心、广州东站、林和西及珠江新城站等站点，轨道交通发达。 　　

目前广州地铁实行的是分段计价，即每相邻两站之间为1个区间，每3个区间为1个段，起价2元，每进入下一段加收1元。 　　

天河区用有目前中国最现代的火车站之一的广州东站。广州东站隶属于广深铁路股份有限公司，是我国第一条准高速铁路─广深高速的起始站，也是我国最大的现代化铁路口岸站。广州东站毗邻天河体育中心和中信广场，站前广场、客运楼、塔楼、站场四部分组成，共有16条股道，旅客站台5个。 　　

广州东站担负广深线、广九线、广梅汕、梅坎线、三茂线、京广线以及京九线进入广州地区的旅客列车始发和终到，日始发终到列车87对。其中广深线58对（广州东至深圳运行时间“新时速”列车只需55分钟、准高速列车60分钟），广九线7对（广州东至九龙运行时间“新时速”列车只需92分钟、准高速列车97分钟、KTT列车102分钟），长线列车22对。 　　

广州东站总占地面积41公顷，是广州市建设国际化大都市的一个重要标志以及对内联系和对外开放的重要窗口。天河区是广州市新的交通枢纽，该区用有天河汽车客运站、东圃汽车客运站和天河大厦汽车客运站等大型汽车客运站。其中，天河汽车客运站是广梅汕公路及其沿线的中心站场，线路覆盖全国十七个省、直辖市。目前有省际线路67条，省内线路70条。天河站1，600多台参营班车，高、中档车辆超过80%。东圃客运站毗邻广东奥林匹克体育中心。该站开设城市公交线路及部分广梅汕、广深方向、两市两区的营运班车，并承担流花车站、广州汽车客运站班线调整客源分流的疏导任务。