เทศบาลเมืองดอนสักตั้งอยู่ในท้องที่ตำบลดอนสัก อำเภอดอนสัก จังหวัดสุราษฎร์ธานี อยู่ห่างจากกรุงเทพมหานครทางรถยนต์ 690 กิโลเมตร มีอาณาเขตติดต่อ คือ ทิศเหนือ ติดกับอ่าวไทย ทิศใต้ ติดกับตำบลปากแพรกและตำบลไชยคราม ทิศตะวันออก ติดกับตำบลดอนสัก และทิศตะวันตก ติดกับตำบลชลคราม

ลักษณะของพื้นที่เป็นที่ราบเชิงเขา มีภูเขา ภายในบริเวณเขตเทศบาล มีลำห้วยหลายแห่งและมีลำคลองดอนสักกว้างไหลผ่านกลางตัวเมืองจากทิศตะวันตกไปสู่ทิศตะวันออก พื้นที่ทั่วไปเป็นที่ราบ ส่วนที่ราบสูงมีเพียงเล็กน้อย

พื้นที่ของเขตเทศบาลเมืองดอนสัก ตั้งอยู่ทางทิศตะวันออกของตัวจังหวัดสุราษฏร์ธานี ได้รับอิทธิพลจากลมสรสุมตะวันออกเฉียงเหนือที่พัดผ่านอ่าวไทย และมรสุมตะวันตกเฉียงใต้ จากมหาสมุทรอินเดีย จึงทำให้มีช่วงฤดูฝนที่ยาวนาน ระหว่างเดือนพฤษภาคม ถึง เดือนมกราคม