Yantai liegt auf der Halbinsel Shandong südlich vom Bohai-Meer und nahe der südlichen Spitze von Korea. Die Küstenlinie beträgt 909 Kilometern.
Topographisch besteht Yantai zu 36,62 % aus Bergland, 39,7 % aus Hügelland, zu 20,78 % aus Ebenen und zu 2,9 % aus Becken. Höchster Punkt ist mit 922,8 Metern der Berg Kunyu.
Die wichtigsten Flüsse sind:
Wulong-Fluss
Dagu-Fluss
Dagujia-Fluss
Wang-Fluss
Jie-Fluss
Huangshui-Fluss
Xin'an-Fluss
Alle Verwaltungsgliederungen Yantais, mit Ausnahme der kreisfreien Stadt Qixia, befinden sich an der Küste.