Mezopotamia leży w dorzeczu dwóch wielkich rzek: Eufratu i Tygrysu. Jej obszar (często różnie pojmowany, jeśli chodzi o zasięg) rozciąga się od północnej Syrii aż po Zatokę Perską i od Iranu aż po Arabię. W innym, bardziej precyzyjnym ujęciu, można Mezopotamię zamknąć w trójkącie: Aleppo – jezioro Urmia na północy i ujście rzeki Szatt al-Arab (rzeka powstała po połączeniu Eufratu i Tygrysu) do Zatoki Perskiej na południu.
Granice geograficzne Mezopotamii przedstawiają się następująco: od strony północnej jest ona ograniczona łańcuchami górskimi południowo-wschodniej Anatolii (m.in. Taurus), które stopniowo łączą się ze wschodnią granicą Mezopotamii, którą jest potężny łańcuch górski Zagrosu, oddzielający ją od Wyżyny Irańskiej. Od strony południowej, na dość krótkim odcinku, granicą Mezopotamii jest linia brzegowa Zatoki Perskiej, a następnie, dochodząc do pustyni Wielki Nefud i Syryjskiej, granica Mezopotamii biegnie równolegle do biegu Eufratu wzdłuż wymienionej pustyni w kierunku północnym aż do północnej Syrii.
Mezopotamia dzieli się na trzy główne krainy geograficzne:
Al-Dżazira – płaskowyż na północy, położony w górnym biegu Eufratu i Tygrysu – rozciągnięty między tymi rzekami;
iracki Kurdystan – położony jest na wschód od Tygrysu, kraina również wyżynna, przylegająca do gór Zagros, na południu dzieli ją od pozostałej części Mezopotamii masyw górski Dżebel Hamrin;
dolina aluwialna położona w dorzeczu dolnego biegu Eufratu i Tygrysu, będąca terenem nizinnym i bagnistym w części południowej.
Taki rozkład krain mezopotamskich: północnych wyżynnych i podgórskich i południowych nizinnych, warunkuje w pewnym stopniu jej klimat, który ogólnie rzecz biorąc jest zróżnicowany pomiędzy północną częścią – o charakterze śródziemnomorskim, a południową – o charakterze niemal tropikalnym.
Układ głównych historycznych krain Mezopotamii – Asyrii i Babilonii – w jakimś stopniu pokrywa się z geograficznym. Ma jednak charakter umowny, wynikający z istniejących w przeszłości państw na określonych terytoriach, a nie z powodu odrębności geograficznej, która w tym przypadku raczej nie wymuszała takiego podziału, gdyż obie nie są oddzielone od siebie znaczącymi granicami naturalnymi.
Ogólnie można podzielić Mezopotamię na kilka głównych, historycznych obszarów: północna jej część to Asyria, a południowa to Babilonia. Ta ostatnia z kolei dzieli się na Sumer (położony na południu nad zatoką) i Akad (Akkad), leżący w północnej części Babilonii. Stosowane w literaturze przedmiotu, wymiennie do Asyrii i Babilonii, określenie Mezopotamia północna i południowa, które ogólnie oddaje ten podział, jednocześnie jednak jest to sformułowanie bardziej swobodne, używane najczęściej w kontekście czasów prehistorycznych, gdy nie ukształtowały się jeszcze żadne organizmy państwowe. Wyodrębnia się także często tereny, określane jako Mezopotamia środkowa, położone między Asyrią i Babilonią, chociaż nieco z boku i bardziej nad Eufratem – tutaj przypisuje się zazwyczaj Mari.
Obecnie tereny Mezopotamii (geograficznie niezmienne, poza może kosmetyczną w sumie różnicą przebiegu linii brzegowej Zatoki Perskiej) z punktu widzenia podziału politycznego położone są głównie w granicach Iraku, a także Syrii, Kuwejtu, Iranu oraz Turcji.
