伊那市位於長野縣南部的伊那谷北端，屬於南信地方。市域東側是赤石山脈（南阿爾卑斯），西側為木曽山脈（中央阿爾卑斯），中央由天龍川縱貫而下，形成兩山夾一川的典型地形。最高點位於東南部的南阿爾卑斯鹽見岳東峰，標高3,052公尺。
沿著天龍川，JR東海飯田線與國道153號貫穿市區，交通以伊那市站為核心，周邊聚集了主要市街地。高遠町與長谷地區則分布於南阿爾卑斯與伊那山地之間，坐落於中央構造線上，地形與自然景觀多樣，是南信地區重要的居住與觀光區域。
