อำเภอเมืองเพชรบูรณ์ตั้งอยู่ทางตอนกลางของจังหวัด มีอาณาเขตติดต่อกับอำเภอข้างเคียง ดังนี้

• ทิศเหนือ ติดต่อกับอำเภอเขาค้อและอำเภอหล่มสัก มีคลองอมกงและคลองห้วยน้ำเดื่อเป็นเส้นแบ่งเขต
• ทิศตะวันออก ติดต่อกับอำเภอคอนสาร มีห้วยพรมเป็นเส้นแบ่งเขต และอำเภอหนองบัวแดง (จังหวัดชัยภูมิ)
• ทิศใต้ ติดต่อกับอำเภอหนองไผ่ มีคลองห้วยโป่งเป็นเส้นแบ่งเขต
• ทิศตะวันตก ติดต่อกับอำเภอชนแดน อำเภอวังโป่ง และอำเภอเนินมะปราง (จังหวัดพิษณุโลก)