Kota Dumai secara astronomis terletak di antara 1°23’00" - 1°24’23" LU dan 101°23’37" - 101°28’13" BT. Wilayah Kota Dumai berbatasan dengan Selat Rupat di sebelah utara, Kabupaten Bengkalis di sebelah timur dan selatan, serta Kabupaten Rokan Hilir di sebelah barat. Topografi Kota Dumai sebagian terdiri dari dataran rendah di bagian utara dan dataran tinggi di sebelah selatan. Pada umumnya, struktur tanah terdiri dari tanah podsolik merah kuning dari batuan endapan, aluvial, tanah organosol, dan glei humus dalam bentuk rawa-rawa atau tanah basah. Terdapat 7 kecamatan di Kota Dumai, yaitu Kecamatan Bukit Kapur, Kecamatan Medang Kampai, Kecamatan Sungai Sembilan, Kecamatan Dumai Barat, Kecamatan Dumai Selatan, Kecamatan Dumai Timur, dan Kecamatan Dumai Kota. 

 Jumlah penduduk Kota Dumai pada tahun 2016 sebanyak 291.908 jiwa yang terdiri dari 149.791 jiwa penduduk laki-laki dan 142.117 jiwa penduduk perempuan. Kepadatan penduduk Kota Dumai sebesar 169 jiwa/km2 dengan kecamatan terpadat yaitu Kecamatan Dumai Kota sebesar 3.603 jiwa/km2 dan kecamatan dengan kepadatan penduduk paling rendah yaitu Kecamatan Medang Kampai sebesar 31 jiwa/km2. Piramida penduduk Kota Dumai menunjukkan piramida penduduk ekspansif yang berarti sebagian besar penduduk merupakan penduduk usia produktif (15-64 tahun). 

Berdasarkan sistem perkotaan nasional, Kota Dumai ditetapkan sebagai Pusat Kegiatan Nasional (PKN) dan PKSN. Dalam RPJMN 2015-2019,  Kota Dumai diarahkan sebagai Pusat Kegiatan Nasional (PKN) dengan fokus pusat administrasi pelintas batas yang berfungsi sebagai outlet pemasaran untuk wilayah Riau bagian timur serta berorientasi pada upaya mendorong perkembangan sektor produksi wilayah seperti perkebunan, industri, perdagangan, pertambangan, dan perikanan.