Thị xã Mỹ Hào nằm ở phía đông Bắc của tỉnh Hưng Yên và nằm cách thành phố Hưng Yên 36 km về phía Bắc, cách trung tâm thủ đô Hà Nội khoảng 28 km về phía Đông Nam, cách trung tâm thành phố Hải Phòng khoảng 72 km. Thị xã có vị trí đắc địa, tiếp giáp với các huyện như:

Phía đông giáp huyện Cẩm Giàng và huyện Bình Giang thuộc tỉnh Hải Dương
Phía tây giáp huyện Yên Mỹ
Phía nam giáp huyện Ân Thi
Phía bắc giáp huyện Văn Lâm