A Tapolcai-medence a Balaton-felvidéken fekszik. Legnagyobb városa a névadó Tapolca. Nyugatról a Keszthelyi-hegység, délről a Balaton, északról és keletről a Déli-Bakony határolja.
A medence területén sok patak folyik keresztül, amelyek a Balatonba ömlenek. Ilyen például a legbővebb vizű Eger-víz; a Kétöles (Viszlói) - patak, melyet a nyirádi bauxitbányák karsztvize is duzzaszt; a Lesence-patak, mely Sümeg mellől ered; a Tapolca-patak, mely elvezeti a tapolcai Tavasbarlang és Malom-tó felesleges vizét.
A medence belső területének legmagasabb pontja a 438 méter magas Badacsony, míg a peremterületének (és egyben a medencének is) az Adria felett 513 méter magasan elterülő Agár-tető.
A medence területének egy része az 1997-ben létrejött Balaton-felvidéki Nemzeti Park része.