延吉市東、南、北三面環山，西部開闊，中部平坦，呈馬蹄形盆地。平均海拔150米。地勢北高南低，地形多丘陵。境內河流均為圖們江支流，主要有布爾哈通河、延吉河和海蘭河。該地區的土壤主要是灰棕壤、水稻土、沖積土、草甸土和黑土。
延吉市境內有國道302線、圖烏公路貫穿全境，G12琿烏高速(琿春-烏蘭浩特)穿延吉而過。延吉至長春段高速公路於2008年6月通車。有直達朝鮮羅津港、俄羅斯波舍特港和俄羅斯紮魯比諾港的高速公路。
延吉鐵路可直達中國青島、長春、吉林、沈陽、鞍山、營口、丹東、大連、哈爾濱、牡丹江、北京等地，並有分別通往朝鮮和俄羅斯的國際鐵路線。
延吉以北有壹條通往黑龍江牡丹江的鐵路，與內蒙古至蘇裏切、符拉迪沃斯托克(俄)的西巴利亞鐵路相連，東面有圖們-南陽(可達朝鮮羅晉港)國際鐵路。圖們-琿春至俄羅斯斯馬哈利諾(可達俄羅斯魯比諾港)鐵路已貫通。