Situada en la Submeseta Norte, dentro de la cuenca del Duero, esta comarca está presente en tres provincias (Palencia, Burgos y Valladolid). Dentro de la provincia de Palencia, se localiza al Sur-Este de la misma.
El Cerrato Palentino está limitado por Tierra de Campos por el Norte y Oeste y los límites provinciales por el Este y Sur.
El relieve está constituido por una serie de mesas o plataformas llamados páramos calcáreos de extensión variable y separados unos de otros por valles. Los accidentes del relieve se conocen con los siguientes nombres: valles, páramos, laderas, cerros, lomas, cotarros y barrancos.
Los ríos que atraviesan el Cerrato son:
- El Pisuerga que baña Astudillo, Torquemada, Villaviudas, Reinoso, Magaz, Soto, Baños, Tariego, Dueñas.
- El Esgueva que atraviesa Castrillo de Don Juan.
- El Carrión que baña la ciudad de Palencia, Villamuriel y Dueñas.
- El Arlanza que atraviesa Palenzuela, Quintana del Puente y Torquemada.
- El Franco que nace en Espinosa de Cerrato y pasa por Cobos.