Granma limita al Norte con las provincias de Las Tunas y Holguín, al Este con Holguín y Santiago de Cuba, al Sur con Santiago de Cuba y el Mar Caribe y al Oeste con el Golfo de Guacanayabo. Su territorio abarca una extensión de 8 362 kilómetros cuadrados -no incluye los cayos que tienen una extensión de 9.6 kilómetros cuadrados- , lo cual constituye el 7,5 % del total de la superficie del país.

El rostro físico de Granma está caracterizado por el armónico contraste entre el llano y la montaña. En sus límites se encierran muchas de las cimas más altas del territorio cubano, junto a la inconmensurable vastedad de la llanura del Cauto, una de las más extensas y uniformes del país.

Al Sur, ocupando una tercera parte de su territorio, se alza la Sierra Maestra, verdadera espina dorsal de la geografía oriental. La elevación máxima de Granma es el pico La Bayamesa a 1 730 metros sobre el nivel del mar. De la Sierra vierten todos los ríos más importantes de la provincia. Entre ellos, en primer lugar, el Cauto, el más largo de los ríos cubanos, y los ríos Cautillo, Bayamo, Buey, Jicotea, Yara, Jibacoa, y Vicana, entre otros. En la vertiente Sur de la Sierra se destacan los ríos Mota y Macío.

                   

El contraste físico que caracteriza a la provincia se aplica igualmente a sus costas y mares: de las orillas bajas y cenagosas, pobladas de manglares y pantanos, las aguas poco profundas y las cayerías del Guacanayabo a la árida majestad de las terrazas del Sur, donde se localiza el punto más meridional de la isla de Cuba, la punta del Inglés.