新潟県のほぼ中央に位置し、上越新幹線や北陸自動車道、国道8号、289号、403号などの交通網が整備されています。また、国道289号の福島県境区間は八十里越と呼ばれ、将来は福島県まで開通することとなっています。
市の北西部は日本一の大河・信濃川の沖積平野となっているほか、清流・五十嵐川が横断しています。また、下田地域の東部、福島県境までの国有林一帯は越後三山只見国定公園、奥早出粟守門県立自然公園に指定されており、豊かな森林資源に恵まれるとともに、流れ出る豊富な水は近隣市町村の水源にもなっています。