เทศบาลเมืองพะเยามีพื้นที่ประมาณ 9 ตารางกิโลเมตร หรือประมาณ 5625 ไร่ ประกอบด้วย 2 ตำบลคือ ตำบลเวียงและตำบลแม่ต๋ำ ติดต่อกับเขตองค์กรปกครองส่วนท้องถิ่นอื่น ดังนี้

• ทิศเหนือ ติดต่อกับเทศบาลตำบลบ้านต๋อม อำเภอเมืองพะเยา จังหวัดพะเยา
• ทิศใต้ ติดต่อกับเทศบาลตำบลแม่กา อำเภอเมืองพะเยา จังหวัดพะเยา
• ทิศตะวันออก ติดต่อกับเทศบาลตำบลท่าวังทอง องค์การบริหารส่วนตำบลจำป่าหวาย อำเภอเมืองพะเยา และเทศบาลเมืองดอกคำใต้ อำเภอดอกคำใต้ จังหวัดพะเยา
• ทิศตะวันตก ติดต่อกับเทศบาลตำบลบ้านสาง องค์การบริหารส่วนตำบลแม่ใส องค์การบริหารส่วนตำบลบ้านตุ่น อำเภอเมืองพะเยา และกว๊านพะเยา จังหวัดพะเยา