下北半島に位置し、陸奥湾と津軽海峡に面する、本州最北端の市である。2005年の市町村合併により、青森県の総面積の約11%を占める県内で最も大きな面積を持つ自治体となった。 1960年に大湊田名部市から現在のむつ市に改め、日本で初めての平仮名の市である。 下北地方の中核都市であり、周辺自治体に広がる人口約75000人のむつ都市圏を形成している。 また、人口は減少傾向にあるが、それは旧大畑町、旧川内町、旧脇野沢村の人口減少が主であり、旧むつ市の人口はほぼ横ばい状態である。 青森県北東部の下北半島にある。市としては本州最北端に位置し、南は陸奥湾、北は津軽海峡に面し、2つの海をもつ地形となっている。市の中央部には釜臥山（標高879m）を主峰とする恐山山地が連なっていて恐山には宇曽利湖というカルデラ湖がある。東南部には下北丘陵が連なる。 田名部、大平、大湊に人口が集中している。むつ市の中心地である田名部（たなぶ）には下北丘陵に端を発する田名部川が流れ、流域には肥沃な田名部平野が広がる。大湊は釜臥山の麓に位置し、波の穏やかな大湊湾に面す。大湊湾内には芦崎と呼ばれる砂嘴があり、砂嘴の内部は芦崎湾と呼ばれ、天然の港湾となっている。