Territorialmente presenta colindancias al norte con los municipios de Atitalaquia y Ajacuaba, al sur con el estado de México y al oeste con Tula de Allende y Tepeji del Río. El municipio de Atotonilco de Tula está formado por una extensión territorial total de 31 kilómetros cuadrados. Posee una altura promedio de 2,080 metros sobre el nivel del mar.