Tamarite de Litera se encuentra situada al este de la capital y al norte de la Comunidad. Posee una altitud de 360 metros sobre el nivel del mar y carece de accidentes fluviales.
El municipio está situado al pie de la esteparia cordillera de la Gessa (La Chesa), un plegamiento anticlinal de yesos declarado Lugar de Interés Comunitario (LIC) con la denominación de "Yesos de Barbastro". Desde la localidad se muestran las primeras cordilleras que advierten el pre-Pirineo.
El otro extremo del municipio está dominado por rocas areniscas fácilmente erosionables y de poca consistencia, más comunes en el resto de la provincia y que acaban mezclándose repentinamente con los suelos de yeso, conformando un singular paisaje.
Ya en el sur de la población se encuentra una gran zona llana regada por el Canal de Aragón y Cataluña.