De syriska demokratiska styrkorna (SDF) tros ha utplacerat omkring 30 000 soldater.
USA-ledda koalitionskrigsplan kommer att stödja offensiven och Ryssland har också gett sitt stöd.
SDF nämnde inte någon plan för att ta Raqqa, det faktiska kapitalet i det kalifat som IS proklamerade 2014.
Alliansen, som domineras av den kurdiska folkskyddsenhetens (YPG) milis, har framträtt som en viktig allierad till den USA-ledda koalitionen under de senaste två åren, som leder kampen mot invaderande arter på fältet i norra Syrien.
Med hjälp av den amerikanska flygvapnet har den tagit kontroll över omkring 26.000 kvadratkilometer av territoriet, däribland en sträcka på 400 kilometer längs den turkiska gränsen.
På tisdagen sågs SDF-stridande röra sig söderut från Tal Abyad nära den turkiska gränsen mot Ain Issa, en stad cirka 60 km nordväst om Raqqa, enligt den brittiska övervakningsgruppen det syriska observatoriet för mänskliga rättigheter.
Sammandrabbningar rapporterades i närheten, tillade den.
SDF-befälhavare Rojda Felat skrev på Twitter att målet med den nya offensiven var att "frigöra norra Raqqa" och de som levde under IS "förtryck".
"Kampanjen syftar till att avvärja terroristattacker mot Shaddadi, Tal Abyad och Kobane, vilket garanterar säkerheten för vårt folk", tillade hon.
En SDF-källa berättade för den kurdiska nyhetsbyrån, Rudaw, att fighters skulle "utveckla till byarna Big Fatiseh, Small Fatiseh och Tishi, för att rensa dem från [IS] militanta först".
BBC Middle East Correspondent Quentin Sommerville säger att IS-kämpar gräver sig in, redo för anfallet. Förutom defensiva placeringar i Raqqa har de byggt ett omfattande nätverk av tunnlar, tillägger han.
En Bagdad-baserad talesman för den USA-ledda koalitionen, överste Steve Warren, sa att SDF-operationen syftade till att "sätta press på Raqqa", men inte ta staden.
SDF-soldaterna hade hittills mött föga motstånd, tillade han.
Anti-IS-aktivistgruppen Raqqa slaktas tyst (RBSS), rapporterade att det hade förekommit flyganfall på IS-positioner norr om Raqqa på tisdagen, och att intensiva strider hade brutit ut runt byn Heisha.
Rysslands utrikesminister Sergei Lavrov sade också att Moskva var redo att samordna med SDF och USA på offensiven.
SDF:s tillkännagivande följde på ett möte mellan tjänstemän i alliansen och en toppbefälhavare i norra Syrien på lördagen.
General Joseph Votel, chef för US Central Command, gjorde den hemliga resan för att kolla upp de 200 amerikanska militärer som rådgav SDF på marken.
USA vill öka antalet arabiska soldater i SDF, som för närvarande består av minst 25.000 kurder och mellan 5000 och 6000 araber, innan man försöker återta Raqqa.
Överste Warren sa att 3 000 till 5 000 IS-plan fanns i Raqqa.
IS grep staden i augusti 2013, fem månader efter att den blev den första syriska provinshuvudstaden som föll för rebellstyrkor som försökte störta president Bashar al-Assad.
Den jihadistiska gruppen etablerade snabbt sitt högkvarter där och började påtvinga sin vision av en stat, genomföra en strikt tolkning av islamisk lag.
En USA-understödd allians av syriska kurdiska och arabiska stridande har inlett en kampanj för att driva ut islamiska stat (IS) militanter från land norr om Raqqa.