A l'extrême ouest du Tarn-et-Garonne, Donzac est situé dans la vallée de la Garonne sur la rive gauche.
Son territoire est limité au nord par le fleuve et au sud par l'A62.

Localisée en limite du Lot-et-Garonne et à proximité du Gers, la commune occupe une position charnière entre les régions Aquitaine et Midi-Pyrénées.

Etablie dans un couloir naturel de circulation, Donzac est proche des grands axes de communication et de pôles urbains importants : Montauban et Castelsarrasin, préfecture et sous-préfecture du département, ne sont distantes que de 53 et 25 km.
Toulouse est à moins de 100 km et Agen à environ 20 km.
La bretelle d'accès à l'A62 est à 5 minutes.

D'une superficie de 1317 hectares, le territoire de Donzac s'inscrit entre deux ensembles de coteaux :
- au nord, le Pays de Serres de l'Agenais
- au sud, la Lomagne, ensemble de collines qui s'étend jusqu'au plateau calcaire du Lectourois et annonce la Gascogne.

Le paysage de Donzac est représentatif de la structure géographique du Tarn-et-Garonne, à la rencontre des collines du pays de Lomagne et de la vallée de la Garonne.
La commune est partagée entre la riche plaine alluviale au nord et les différents reliefs creusés au sud dans les coteaux et les plateaux.