Der Mississippi River bildet im Westen die Grenze zu den Staaten Iowa (im Nordwesten) und Missouri (im Südwesten). Im Südosten übernimmt der Ohio River diese Rolle zu dem Staat Kentucky. Nördlich von Illinois befindet sich Wisconsin und im Osten Indiana. Durchflossen wird der Staat von den Flüssen Illinois River und Kaskaskia River, die in den Mississippi münden, sowie Embarras River und Sangamon River, die im Wabash bzw. Illinois River einfließen. Im Nordosten hat der Staat eine gemeinsame Grenze mit Michigan in der Mitte des Michigansees. Höchster Punkt in Illinois (376 m) ist der Charles Mound im Jo Daviess County. Der tiefste Punkt (85 m) ist der Mississippi River im Alexander County bei der Stadt Cairo.

Mit seinem flachen Terrain wird Illinois stark von der quadratischen Vermessung des Congressional Survey Systems geprägt. Die Ausnahmen im Straßenverlauf und Feldgrenzen zum regelmäßigen Nord-Süd und Ost-West Muster bilden die Eisenbahnen, und die zu ihnen parallel verlaufenden Fernstraßen.