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.