เทศบาลเมืองอ่างศิลาอยู่ค่อนไปทางตะวันตกเฉียงใต้ของอำเภอเมืองชลบุรีมีลักษณะภูมิประเทศเป็นที่ราบลุ่มชายฝั่งทะเล มีอาณาเขตการปกครอง 18.60 ตารางกิโลเมตร ครอบคลุมพื้นที่ 4 ตำบล ได้แก่ ตำบลอ่างศิลา (หมู่ 1-5), ตำบลบ้านปึก (หมู่ 1-7), ตำบลเสม็ด (หมู่ 3-8) และตำบลห้วยกะปิ (หมู่ 4-5) โดยมีอาณาเขตติดต่อกับพื้นที่ข้างเคียง ดังนี้

• ทิศเหนือ ติดต่อกับเทศบาลตำบลเสม็ด
• ทิศใต้ ติดต่อกับเทศบาลเมืองแสนสุข
• ทิศตะวันตก ติดต่อกับอ่าวไทย
• ทิศตะวันออก ติดต่อกับเทศบาลตำบลห้วยกะปิ

ภูมิประเทศในอ่างศิลา ประกอบด้วยหินอัด เป็นประเภทหินแกรนิตและหินทราย หินแกรนิตที่พบแทรกตัวขึ้นมาสลับระหว่างหินชั้น ซึ่งพบมากตามแหล่งที่เป็นเขาติดกับฝั่งทะเล และจากการที่มีหินแกรนิต ซึ่งมีสีขาวนวล สีเหลืองอ่อน และมีความแข็งแกร่งจำนวนมาก ทำให้เกิดอาชีพการทำครกหินและเป็นสัญลักษณ์ของอ่างศิลา