イリノイ州の北東部境界はミシガン湖である。インディアナ州との東部境界はウォバッシュ川の南西部、並びにインディアナ州ビンセンズ(Vincennes)から北に伸ばした線すなわち西経87度30分の経線となっている。ウィスコンシン州との北部境界は北緯42度30分線とされている。ミズーリ州及びアイオワ州との西部境界はミシシッピ川である。ケンタッキー州との南部境界はオハイオ川の北岸にそって走っている[16]。イリノイ州はミシガン州とも隣接しているが、ミシガン湖の水境界となっている[17]。
イリノイ州は全体が内陸平原(Interior Plains)内に位置しているが、3つの主要な地理的区分がされている。初めに、シカゴ市(2020年国勢調査時点での市域人口2,746,388人[18])、その郊外、並びに都市圏が拡大した隣接する準郊外の地域を含むシカゴ大都市圏(MSA人口9,618,502人、CSA人口9,986,960人[18])が大半を占めるイリノイ州北部である。この地域は州間高速道路80号線及び同90号線沿いにあり、連邦政府の定義では、インディアナ州及びウィスコンシン州内のいくつかの郡を含み、アイオワ州境方向のイリノイ州北東部まで延びている。この地域は国際都市となり、人口密度が高く、工業化が進み、多様な民族が住んでいる。第4の都市圏で州内第5位の都市であるロックフォードは州間高速道路39号線と同90号線沿いにあり、シカゴの北西75マイル (120km) ほどの位置にある。シカゴの含まれるクック郡は2020年国勢調査時点での人口5,275,541人[18]を数える、イリノイ州内で最も人口の多い郡であり、全米でもカリフォルニア州ロサンゼルス郡に次いで2番目に多い。
2番目の大きな区分はイリノイ州中部であり、南方と西方に広がり、大半はプレーリーである。イリノイ州のハート(心臓部)とも呼ばれ、小さな町と中程度の大きさの都市があることが特徴である。その西側(イリノイ川の西岸)は当初、米英戦争退役軍人用地の一部であり、イリノイ州の形状を西に出っ張らせることになっている。特にトウモロコシと大豆を主産品とする農業が盛んであり、教育機関や製造業が集まっている。主要都市としては、人口約40万人[18]と州内第3位の都市圏の中核都市ピオリア、州都スプリングフィールド、クインシー、ディケーター、ブルーミントン・ノーマル都市圏、シャンペーン・アーバナ都市圏がある[17]。クアッド・シティズ(正式名称:ダベンポート・モリーン・ロックアイランド都市圏)は2020年時点で人口384,324人[18]であり、シカゴとほぼ同じ経線に位置する。これらの都市は経済、政治および文化の結び付きが強いのでイリノイ州中部に含められることがある。この人口で実際には州内第3位の都市圏となるはずだが、イリノイ州とアイオワ州の2つの州に跨っているので、都市圏の州内順位には含められていない。
3つ目の大きな区分はイリノイ州南部であり、アメリカ国道50号線より南、ミシシッピ川とオハイオ川の合流点に近いリトル・エジプトを含んでいる。この地域は、暖かい気候、異なる農作物(過去には綿花を生産していた)、岩の多い地勢(南端部はイリノイ期とそれ以前に残っていた氷河の作用を受けていない)、さらには小規模な石油埋蔵量と石炭炭田などで他の2地域とは異なっている。人口は他の2地域より少ない。セントルイスのイリノイ側郊外は人口682,761人[18]と州内第2の都市圏になっており、集合的にメトロ・イーストと呼ばれている。