Област Стара Загора е разположена в средата на Южна България. Граничи с регионите Сливен, Ямбол, Хасково, Пловдив, Габрово и Велико Търново. Обхваща Старозагорската равнина, казанлъшката котловина, някои от средните части на Стара планина и Средна гора. Магистралите Тракия и Марица, както и железопътните линии София-Карлово-Бургас, София-Пловдив-Бургас и Русе-Подкова пресичат региона.
Районът е богат на водни ресурси. Освен горния поток на река Тунджа и многобройните й притоци, районът е изобилен от карстови извори и много минерални извори в Павел баня, Старозагорските бани, село Ягода. Язовир Копринка е един от най -големите в страната. Плодородната казанлъшка кана е известна със своите специални сортове ароматни рози, от които се извлича ценното розово масло. В околностите на Раднево се намира минно-електроцентралният комплекс Марица-Изток.