本州西端の山口県の南西部に位置し、西は山陽小野田市、東は山口市、北は美祢市に接し、南は瀬戸内海に面しています。
交通環境を見ると、鉄道は山陽本線及び宇部線が東西に走り、高速道路は山陽自動車道が市の中央部を横断し、海浜部には重要港湾である宇部港があり、山口宇部空港も市街地に近い位置にあるなど、陸海空それぞれの交通環境が整っています。
気候は、温暖で、雨が比較的少ない典型的な瀬戸内海式気候で、市中央部以北の丘陵地には豊かな自然があふれ、様々な動植物が生息しています。
また、南は海に面していることから、山と海の幸にも恵まれています。市街地には真締川や厚東川が流れ、貴重な水辺環境を有しています。