Die Stadt Nobeoka liegt nördlich der Städte Miyazaki und Hyuga und befindet sich südlich von Ōita. Im Westen der Stadt befindet sich der beliebte Touristenort Takachiho. Dieser ist von Nobeoka in weniger als einer Stunde zu erreichen. In östlicher Richtung befindet sich an der Küste der Nippō-Küsten-Quasinationalpark und im Nordwesten der Sobokatamuki-Quasinationalpark.
Durch Nobeoka fliessen mehrere Flüsse (unter anderem der Gokase-gawa und der Oose-gawa). Diese Flüsse tragen wesentlich zum Charakter dieser "Wasserstadt" bei. Zusätzlich grenzt die Stadt direkt an den Pazifischen Ozean.
Die Wirtschaft der Stadt ist stark von der Firma Asahi Kasei abhängig, die Synthetik- und Industriefasern herstellt.