Die Stadt Bad Oeynhausen liegt im Kreis Minden-Lübbecke, der sich entlang des Wiehengebirges und der Weser erstreckt. Der Mühlenkreis bildet den nordöstlichen Teil des Landes Nordrhein-Westfalen und wird umgeben von den niedersächsischen Landkreisen Osnabrück, Diepholz, Nienburg und Schaumburg. Die nordrhein-westfälischen Kreise Lippe und Herford begrenzen den Kreis Minden-Lübbecke in südlicher Richtung.
 
Im Norden grenzt das 6.480 ha umfassende Stadtgebiet an das Wiehengebirge. Der Unterlauf der Werre durchquert die Stadt von West nach Ost und mündet dort in die Weser, die gleichzeitig die natürliche Stadtgrenze zur Nachbarkommune Porta Westfalica bildet.

Eisenbahn
- Berlin - Hannover - Bad Oeynhausen - Köln - Paris
- Bad Oeynhausen - Osnabrück - Amsterdam
 
Autobahn
- A 2 Berlin - Dortmund
- A 30 Bad Oeynhausen - Amsterdam
 
Bundesstraßen
- B 61 Bremen - Bielefeld
- B 514 Bad Oeynhausen - Lemgo
 
Schiffsverkehr
- Weser
- Mittellandkanal
 
Luftverkehr
- Flughafen Hannover/ca. 80 km
- Flughafen Paderborn/Lippstadt/ca. 90 km
- Flughafen Münster/Osnabrück/ca. 90 km
- Verkehrslandeplatz Porta Westfalica