Établie à 315 m d'altitude, la gare de Chaumont est située au PK 261,821 de la ligne de Paris Est à Mulhouse-Ville, entre les gares ouvertes de Bar-sur-
Aube et de Langres .
Gare de bifurcation, elle est également située au PK 306,429 de la ligne de Blesme - Haussignémont à Chaumont.