Тунджели занимает территорию 7 406 км² и располагается на месте, где встречаются Анатолийская возвышенность, Верхняя Месопотамия и горные хребты Чёрного моря. К северо-западу от Тунджели течёт Ефрат. Река Пери на востоке и гора Мунзур (символ Тунджели) на севере делят между собой окрестный ландшафт. Административный центр провинции — город Тунджели, находится на слиянии реки Мунзур и её притока Харджик (69 км). Река Мунзур имеет протяжённость около 144 км и впадает в водохранилище Кебан. Речная вода была настолько чистой, что использовалась местными жителями в качестве питьевой.
Территория провинции покрыта горами. С запада на восток тянутся отроги горного хребта Восточный Тавр. На границе с илами Гиресун, Гюмюшхане, Байбурт и Эрзинджан находятся отроги хребтов Чёрного моря. На севере лежит пустынный хребет Мунзур (Мерджан) с вершинами выше 3300 м. Некоторые из этих вершин покрыты снегом. Ближе к югу горы становятся ниже и ниже. Горы и долины покрыты лесами.
На севере Тунджели в горах Бингель есть множество озёр, образовавшихся в результате таяния ледников. Кроме того, в провинции существует множество целебных источников.
Климат Тунджели континентальный. Лето — жаркое и сухое, зима — холодная и очень снежная. В Пертеке и Мазгирте климат немного мягче, что обусловлено созданным в 50-е годы Кебанским водохранилищем. Наибольшее количество осадков выпадает зимой и в начале весны. В горах очень рано выпадает снег.
Этот регион населён ещё с каменного или бронзового веков и в течение своей истории часто был пограничным регионом между различными государствами: между хеттами, армянами и царством Митанни во II в. до н. э., между мидийцами и персами Каппадокии и между римлянами и парфянами. В 639 году регион завоёван арабами, после чего он стал «яблоком раздора» между арабами и византийцами. В 1087 сюда пришли сельджуки, а в 1243 году монголы. В XV веке за господство в регионе боролись османы и туркманы. В 1473 году Тунджели завоевал султан Мехмед II (Завоеватель).
Последним крупным восстанием стало восстание курдов Дерсима. Оно произошло в 1937 году по политическим и военным причинам. Восстание продолжалось до 1938 года. Его лидеры были схвачены и повешены, началась дерсимская резня. Около 10 процентов из 65-70 тысяч населения было убито, жители деревень изгнаны из своих домов, а деревни уничтожены. Военное положение продолжалось 10 лет, до 1948 года.