Józefowiec pod względem administracyjnym położony jest w województwie śląskim i stanowi część dzielnicy Katowic – Wełnowiec-Józefowiec. Graniczy on od południa i zachodu z Dębem i kolonią Agnieszki, natomiast od północy i wschodu z Wełnowcem. Według podziału fizycznogeograficznego Jerzego Kondrackiego Józefowiec znajduje się w mezoregionie Wyżyna Katowicka (341.13), natomiast pod względem historycznym we wschodniej części Górnego Śląska.
Pod względem budowy geologicznej Józefowiec położony jest w zapadlisku górnośląskim, które wypełnia utwory pochodzące z karbonu (głównie zlepieńce, piaskowce i łupki ilaste zawierające pokłady węgla kamiennego). Powierzchniowe utwory, powstałe w karbonie górnym (warstwy grodzieckie), występują w zachodniej i środkowej części dzielnicy, na zachód od ulicy Józefowskiej. Wschodnią i południową część budują eluwia piaszczyste i pylaste gliny zwałowej. Utwory te powstały pod wpływem trwających w plejstocenie zlodowaceń. Cały obszar dzielnicy położony jest na Wzgórzach Chorzowskich, a najwyżej położony punkt znajduje się w rejonie kolonii Agnieszka – sięga 305 m n.p.m. Obszar z tego miejsca opada w kierunku wschodnim i południowo-wschodnim.