与“大一统”的人文范围一样，其地理范围也是不断扩大的，扩大的一个原因是非华夏族人（汉朝以后的非汉族人）的融入带来的活力。人们把秦汉、隋唐王朝中国的强盛归因为此前时期诸多少数民族融合成一体，这不无道理。唐朝皇室李氏家族本身就含有很浓的少数民族血统，是不争的事实。而随着中华帝国的强盛，中国的疆界也大大扩展。历朝历代中华帝国的疆界各不相同，因此所谓“大一统”中国的范围也不是确定的，我们只有按历史上的具体状态来确认各个时期的范围。
大体而言，先秦时代人们期盼获致“一统”的范围，只是周王朝原有的统治区域，大约相当于日后秦帝国统一了的疆域。汉武帝时期（公元前157-87年）在西域的大规模扩张扩大了中国的疆域，其版图比秦帝国大了一倍，但这个疆域内各民族的彻底融合发生在四百年之后，即公元4世纪初到公元6世纪末的南北朝时期。随后统一的隋唐王朝尤其是唐王朝前期的盛世统治，大大扩展并巩固了中国疆域的范围，唐朝盛期仿西汉体制，设置了若干“都护府”（唐太宗时有9个，唐玄宗时有6个）管辖中国的边疆地区，使“大一统”的范围趋于稳定。公元907年唐朝灭亡后，原唐帝国疆域内的中国又陷入长达近400年的分裂，直至1297年元朝统一中国。元朝的疆域比唐朝又有所扩展，主要是将青藏高原纳入版图，从而为后世明确了“大一统”中国的地理范围。以后的明清两朝，继承了元帝国的大部分统治区域。
“大一统”中国之范围不断扩大的事实，很容易让人把“大一统”当作是封建时代中华帝国扩张侵略的思想基础，从而认为“大一统”中国理论上没有外部界限。这种看法存在一定的认识误区。虽然古代中国向来没有我们今天的“主权国家”意识，也没有我们今天的地理概念，往往用“天下”、“四海之内”一类的泛泛之词来谈论政治事务，但在中国人的内心当中，中国与外部世界的界限却还是始终存在的。从孔子提出“华夷”之别的事实来看，“中国”与“天下”并不完全等同。《春秋》中所载“夷狄入中国，则中国之，中国入夷狄，则夷狄之”、“内诸夏而外夷狄”等语，表明孔子已将华夏族居住的所谓“中国”与非华夏族（即所谓“夷狄”）居住地作了区分。有人还进而认为，秦始皇时代修筑长城，是第一次把“内诸夏、外夷狄”的观念具体化。在其后中华帝国疆界不断扩大之时，中国统治者也试图用其他手段来界定中国“大一统”版图的范围。在这些努力中，“封贡体系”是一个较突出的表现。
众所周知，古代中国统治者曾凭藉经济、文化或军事上的优势，在东亚构建一套统率周边国家的国际秩序，即所谓的“封贡体系”。其含义是，中国周边地区的君主作为“藩属”必须得到中国皇帝的确认（“册封”）才能拥有合法的统治地位；作为回报，“藩属”必须承认中国皇帝对自己的宗主权，通常以“朝贡”的形式来表示。这种体系，自然是中国统治者推行“霸权”政策的工具，在今天不应再给予美化。但从另一个角度来说，它恰恰也是中国统治者区分“内外”的手段。“封贡体系”暗含这样的意念：藩属国君主只要服从中国皇帝的宗主权威就行，中国皇帝无需把他们的领土统一进帝国版图；中国统治者对帝国版图之内的领土要实行“统一”，而对版图之外的地区仅需保持“服从”而已。因此，费正清和邓嗣禹把“封贡体系”界定为中国“国际关系和外交的媒介”，这是非常确切的。
清初康熙帝对待台湾的态度，很清楚地证明了这一点。自康熙六年（1667年）起，统治台湾的郑经与清廷谈判，表示愿意作为藩属国归顺清廷，“苟能照朝鲜事例，不削发，称臣纳贡，尊事大之意，则可矣。”但郑经的要求屡遭康熙帝拒绝，康熙的谕旨明确地宣称：“至于‘比朝鲜，不剃发，愿进贡投诚’之说，不便允从。朝鲜系从来所有之外国。郑经乃中国之人，若因住居台湾不行剃发，则归顺悃诚以何为据？”显然，康熙帝决意将台湾收入“一统”版图的理由，乃是台湾非藩属国。
由于有了封贡体系的存在，“大一统”中国的版图也得以有了明确的范围，那就是与周边藩属国接交处的界线。在维持“封贡体系”的同时，清朝政府具有强烈的版图意识，诚如乾隆帝宣称的那样：“天朝尺土俱为版籍，疆址森然。即岛屿、沙洲，亦必划界分疆，各有专属。”在清廷认定的这条交界线以内的某些边境地区，中央政府的管辖手段虽然不同于内地的行省管辖体系，但也都以驻军为形式明确表示主权管辖，全然不同于对交界线以外附属国的礼仪性羁縻。在东北，清廷分设黑龙江将军、吉林将军和奉天将军辖若干副都统率兵数万镇守；在蒙古，则设绥远将军、库伦办事大臣和乌里雅苏台定边左副将军及若干参赞大臣和都统、副都统料理政务并率兵驻防；在新疆，清廷设置伊犁将军统辖军政事务，下辖若干参赞大臣和都统，在各交通和战略要地驻兵；在西藏，清廷于1750年正式委派驻藏大臣进行管辖，按1751年清廷颁布的《西藏善后章程》和1793年的《钦定西藏章程》有关规定，驻藏大臣成为西藏实际的最高军政长官，“凡西藏的官吏任免、行政、财政、军事、涉外事务等权力，均归驻藏大臣，达赖喇嘛的世俗权力远在其下。”
到晚清时期，封贡体系在西方列强冲击下面临崩溃，许多周边属国纷纷沦为西方的殖民地，与之毗邻的中国边疆地区也受到严重的威胁，原有的“封贡体系”难以继续充当“大一统”中国范围的参照系数。正因为如此，清廷开始在中国边境地区强化行政管理，以求将中国与原附属国之间的界线固定下来。这集中体现在1884年新疆设省的举措，次年台湾单独建省也属同一范畴。行将就木的清廷没能逐一完成对边境统治的改造，这项工作，由后来的中华民国政府及中华人民共和国政府完成了。
今天的“大一统”中国之地理范围要简单得多，因为我们有通行的国际法原则作依据。由于“一个中国”原则在当今国际社会中得到普遍的承认，“大一统”中国的地理范围是相当清晰的，不存在任何疑问。但追根逆源，目前中国的疆域范围，与清王朝末期努力界定的中国本土与属国之间的界线基本一致。的确，任何国家的疆域范围之确定，总是不能离开历史沿革的事实，这正是历史学的意义之一。