A área do município, segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, é de 3 568,941 km², sendo que 38,7 km² constituem a zona urbana, situando-se a 16°44'06" de latitude sul e 43° 51' 43" de longitude oeste. Está a uma distância de 422 quilômetros ao norte da capital mineira. Seus municípios limítrofes são São João da Ponte, a norte; Capitão Enéas, a nordeste; Francisco Sá, a leste; Juramento e Glaucilândia, a sudeste; Bocaiuva e Engenheiro Navarro, a sul; Claro dos Poções, a sudoeste; São João da Lagoa e Coração de Jesus, a oeste; e Mirabela e Patis, a noroeste.
De acordo com a divisão regional vigente desde 2017, instituída pelo IBGE,[17] o município pertence às Regiões Geográficas Intermediária e Imediata de Montes Claros. Até então, com a vigência das divisões em microrregiões e mesorregiões, fazia parte da microrregião de Montes Claros, que por sua vez estava incluída na mesorregião do Norte de Minas.
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| Pastagens em terreno ondulado na zona rural de Montes Claros. |
O ponto central da cidade tem uma altitude média de 655,21 metros. O ponto culminante do município é o Morro Vermelho, onde a altitude chega aos 1 075 metros. Em Montes Claros predomina um relevo ondulado, com mares de morros e montanhas. A altitude mínima, que é de 502 metros, encontra-se na foz do Ribeirão do Ouro.[2] 60% do terreno municipal são ondulados, 30% são de áreas planas e os 10 % restantes são zonas montanhosas.
O município pertence à Bacia do rio São Francisco, além de ser banhado pelos rios do Vieira, do Cedro, Verde Grande, Pacuí, São Lamberto e Riachão. Ainda há as lagoas: Tiriricas, Lagoão, Periperi, São João, Brejão, Garça, Vereda dos Caetanos, Mombuca, São Jorge, Freitas, Matos e Barreiro. No solo de Montes Claros predomina uma formação Pré-cambriana antiga, com ocorrência de siltito, ardósia, calcários, filitos, calcita, galena, minério de ferro, azotato de potássio, cristal de rocha e ouro de aluvião.
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