Gobi dekker deler av nordlige og nordvestlige Kina og sørlige Mongolia. Den ligger fysisk på det mongolske platå og strekker seg cirka fra sørvest til nordøst og cirka fra nord til sør. Arealet utgjør omkring . Høyden over havet varierer fra cirka i øst til cirka i vest. Ørkenen er avgrenset av Altajfjellene og de mongolske gressteppene i nord, av sandørkenen Taklamakan i vest, av Hexikorridoren og Tibetplatået i sørvest og av den nordkinesiske slette i sørøst.