Облыс Қазақстанның солтүстік-шығысында орналасқан. Павлодар облысы аумағының басым бөлігі Ертіс өзенінің орта ағысында Батыс Сібір жазығының оңтүстік шегінде орналасқан және қазіргі уақытта 127,5 тыс. км² аумақты алып жатыр. Солтүстікте Ресей Федерациясымен шектеседі.