Byen ligger i gjennomsnitt 47 moh.. Den ligger i den sørligste spissen av Deccan-platået. Tirunelveli er et viktig knutepunkt på National Highway 7 (NH 7), som forbinder India fra nord til sør (Kashmir til Kanyakumari). De nærmeste småbyene er: Gangaikondan i nord, Tuticorin i øst, Alangulam i vest, Kalakkad i sørvest og Nanguneri i sør. Det grenser også til delstaten Kerala i vest, Mannargulfen og distriktene Virudhunagar, Thoothukudi og Kanyakumari. Thamiraparani-elven deler byen grovt i Tirunelveli-kvartalet og Palayamkottai-området. De største innsjøene i byen er Nainar Lake and Udayarpetti Lake. Tre elver (Chitraru, Thamirabarani og Kothandarama) går sammen på et sted som heter Sivalai, noe som gjør området svært frodig. Alangaraperi er den byen som ligger nærmest dette stedet.