断層の破壊が始まった震源地は三陸沖だが、最終的に断層が破壊した震源域は日本海溝下のプレート境界面に沿って南北に長く、岩手県沖から茨城県沖までの南北約500km、東西約200km、深さ約5km-40kmの範囲で、合計約10万km2の広範囲に及ぶ。
虽然其震中位于宫城县近海，但由于2011年日本东北地方太平洋近海地震是一场大型逆冲区地震，其震源域向北可至岩手县近海，而向南可至福岛县近海，东西宽200千米左右，南北长500千米左右。