เทศบาลนครระยอง ตั้งอยู่ในพื้นที่ของ อ.เมืองระยอง จ.ระยอง อยู่ห่างจากกรุงเทพมหานคร ประมาณ 179 กิโลเมตร มีพื้นที่ทั้งสิ้น 16.95 ตารางกิโลเมตร และมีอาณาเขตดังนี้

• ทิศเหนือ ติดกับพื้นที่เทศบาลตำบลทับมา เทศบาลตำบลน้ำคอก และเทศบาลตำบลเชิงเนิน
• ทิศใต้ ติดทะเลอ่าวไทย
• ทิศตะวันออก ติดกับพื้นที่เทศบาลตำบลเชิงเนิน
• ทิศตะวันตก ติดกับพื้นที่เทศบาลตำบลเนินพระ

ลักษณะภูมิประเทศของเทศบาลนครระยองเป็นที่ราบชายฝั่งทะเลพื้นที่มีลักษณะเป็นที่ราบสลับที่เป็นลูกคลื่นลาดเอียงจากด้านทิศเหนือลงสู่ทิศใต้มีแม่น้ำระยองไหลผ่านกลางเมืองความยาวประมาณ 15 กิโลเมตร ลงสู่ทะเลอ่าวไทยบริเวณชุมชนปากน้ำ 2 ด้านทิศเหนือมีคลองทับมา และด้านทิศตะวันออกมีคลองคงคาและคลองชลประทาน

ตั้งอยู่ในเขตภูมิอากาศแบบมรสุมเมืองร้อนได้รับอิทธิพลของทะเลทำให้อากาศไม่ร้อนจัดมีอุณหภูมิโดยเฉลี่ย 28 องศาเซลเซียสปริมาณน้ำฝนเฉลี่ยตลอดปี 1,501 มิลลิลิตร ความชื้นสัมพัทธ์เฉลี่ย 76.7