Провинция расположена примерно в 150 км к югу от Ханоя и в 1560 км к северу от Хошимина. Площадь составляет 11 133 км². Административный центр — одноимённый город Тханьхоа. Граничит с провинциями: Шонла (на северо-западе), Хоабинь (на севере), Ниньбинь (на северо-востоке) и Нгеан (на юге), а также с Лаосом (на западе).
По данным на 2013 год численность населения составляет 3 788 578 человек[1]. Население по данным на 2009 год — 3 400 239 человек[2]. Плотность населения — 305,42 чел./км².
По имени расположенной в провинции Тханьхоа деревни Донгшон, где при раскопках было сделано множество археологических находок, названа доисторическая археологическая культура азиатского бронзового века Донгшон, существовавшая на территории Индокитая.