Die Stadt Tottori liegt am Japanischen Meer im Ostteil der gleichnamigen Provinz. Die Flächenausdehnung der Stadt, die im Einzugsbereich des Flusses Sendai – einem der drei großen Flüsse der Provinz – liegt, beträgt rund 237 Quadratkilometer.
Vom Zentrum der Stadt zum Norden hin erstreckt sich eine Ebene um den Fluss Sendai, nach Süden hin steigt das Gelände zum Chugoku-Gebirge hin an. Auf der fruchtbaren Ebene, die leicht zu bewässern ist, wird ausgedehnter Reisanbau betrieben. An der Küste im Norden befindet sich die mit einer Breite von zwei Kilometern und einer Länge von 16 Kilometern größte Düne Japans, im Norden der Koyama-See mit einer Uferlänge von 16 Kilometern. 8,8 Prozent der Landfläche sind bebaut, 12,4 Prozent werden für den Ackerbau und knapp sechzig Prozent für Wälder und Weiden genutzt.
Das Klima der Gegend wird durch das Japanische Meer beeinflusst. Während des Winters herrschen Winde aus Nordwest vor, und es fallen – wegen der Berge im Hinterland – reichlich Niederschläge, so dass es zuweilen sogar zu Schneeverwehungen kommt. Im Sommer weht der Wind überwiegend aus Südost, weshalb hohe Temperaturen und große Niederschlagsmengen vorherrschen.
Die Jahresdurchschnittstemperatur in Tottori liegt bei knapp 15 Grad Celsius. Und die Sonne scheint 1600 Stunden im Jahr.