老城镇位于肥城市北部，地理坐标东经116°44′~116°49′，北纬36°13′~36°19′。南北长10.7公里，东西宽7.3公里。东与潮泉镇接壤，西与王瓜店镇为邻，北与济南市长清区毗连，南与新城办事处以康王河为界。镇驻地位于肥城火车站北200米处，距新城6公里，泰肥铁路与济微公路在此交汇。总面积84平方公里，占全市总面积的6.1%。共有居民8.3万人，辖33个行政村（居），人口密度每平方公里1019人。
老城镇地势北高南低，北部为丘陵山地，最高海拔527米，约占总面积的33%。山谷盆地居中，占总面积的16%。中南部属康王河平原，约占总面积的51%。最低海拔60米。主要河流有东西走向的康王河，南北走向的百尺河、城东河、月庄河，3条河流入康王河。
老城镇地处暖温带大陆季风气候区，受半湿润季风影响，四季分明，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷多雪。年平均气温12.8℃，最炎热为7月份，最冷为1月份。无霜期175～200天，降水量434~1085毫米。年日照数2500~2850小时，日照率为53%~65%，平均太阳总辐射量为每平方厘米123.50千卡左右。
老城镇资源丰富，土地大部分肥沃，可耕地面积2995公顷，占全市5%。矿产资源丰富，主要有煤、钾长石、黄金、石英石等，其中煤的储量及开采量最大，覆盖面积27.35平方公里，最厚煤层5米，总储量1.58亿吨。钾长石储量大，品位高，埋藏浅，易开采。黄金、石英石资源主要分布在镇境东北部。