Teritoriul regiunii Poltava este situat în partea de est a țării, în centrul Bancii stângi a Ucrainei, cu excepția cartierului Kremenchug, care este pe malul drept al Niprului. Regiunea Poltava ocupă o zonă destul de mare. Lungimea de la sud la nord este de 213,5 km, iar de la nord-est la sud-vest - 259 km.
Partea de nord a regiunii Poltava se învecinează cu regiunile Sumy și Chernigov. În partea de sud se află granița cu regiunea Dnipropetrovsk. În partea de vest există o graniță cu regiunea Cherkassy, în regiunea de nord-vest a Poltavei se învecinează cu regiunea Kiev, iar partea de sud-vest - cu regiunea Kirovograd. În partea de est a graniței cu regiunea Kharkov.
Aproape întregul teritoriu al regiunii Poltava se află în câmpia Niprului, doar partea sud-vestică se află pe malul Niprului. Partea nord-estică este situată pe Upland-ul central rusesc. Regiunea Poltava este situată în zona forestieră-stepă. Numai partea de sud-est a regiunii este situată în zona de stepă.
Regiunea Poltava este bogată în minerale, printre care gaz, petrol, cărbune, minereu de fier, turbă, apă minerală și altele. Este regiunea Poltava care ocupă una din primele locuri din Ucraina pentru extracția minereului de gaze și fier. Principalul stoc de minereu de fier se află în cartierul Kremenchug.
Condițiile climatice ale regiunii corespund climatului continental temperat. Iernile locale sunt moderat de reci, iar verile sunt destul de calde.
Reprezentanți ai 75 de naționalități locuiesc în regiunea Poltava. Cea mai mare parte a populației este ucrainenii. Ponderea maximă a ucrainenilor se află în sate, iar în orașele mai mari populația este mai amestecată.