El poble, a 286 m. d’altitut, és a l'esquerra del Sió. Situat a la comarca de la Noguera (veure mapa relleu de la Noguera), dins de la vall del Sió a uns 12 quilòmetres a l'est de Balaguer (la capital de la comarca) i a 40 Km de Lleida, capital de la província. És a banda i banda del riu, entre la serra de les Quadres (Bellmunt) al sud i el peu de la serra de Montclar al nord; entre els municipis de Preixens a llevant, Cubells al nord, La Sentiu de Sió a ponent, i Bellmunt i Penelles al sud. (veure mapa polític de la Noguera)
Montgai s'ubica arran de la carretera local LV-3025 de Balaguer a Agramunt, del qual només el separen uns 12 quilòmetres, i, creuant la mateixa població, un camí asfaltat comunica amb Cubells (7 km.) per una banda i amb Bellmunt 8,5 km.) per l'altra. Aquest camí, després de Penelles, entronca amb la carretera comarcal de Balaguer a Tàrrega.