海城处于辽东半岛与内陆的连接点上，东接边城丹东，南邻港口城市营口和大连，西依油城盘锦，北靠钢都鞍山和省会沈阳。海城位于辽宁省南部，辽河下游之左岸，辽东半岛之北端。地处东经122°18′~ 123°08′，北纬40°29′~ 41°11′之间。东西长80公里，南北宽44公里。全境总面积2732平方公里（2013年）。

海城市地貌复杂，海城市有山地、丘陵、平原、洼地，东南高、西北低，由东向南向西北倾斜。东部山区及丘陵地带绝大部分海拔高度在60~500米之间，西部平原从海拔60米呈缓坡逐渐下倾至浑河、太子河平原。西部平原由海城河、五道河冲积而成，山麓与平原的过渡地带多系丘陵漫岗。

海城市全境气候温和，年平均气温10.4℃，降雨量721.3毫米，处于暖温带季风气候区。四季分明、雨量充沛。