Der Ulmer Hauptbahnhof liegt im Westen der Innenstadt von Ulm. Das Bahnhofsgebäude befindet sich im Osten der Gleise am Bahnhofplatz. Östlich des Bahnhofes verläuft die Friedrich-Ebert-Straße, die am Bahnhofplatz in die Olgastraße übergeht. Gegenüber dem Empfangsgebäude mündet die Bahnhofstraße in den Bahnhofplatz ein, die den Bahnhof mit dem etwa 500 Meter entfernten Münsterplatz verbindet.