Geografia Altenburg znajduje się niemal w środku trójkąta Lipsk – Chemnitz – Gera. Miasto położone jest 28 km na północny wschód od miasta Gera, 39 km na południe od Lipska, 38 km na północny zachód od Chemnitz i 31 km na północ od miasta Zwickau. Miasto zostało zbudowane na pagórkowatym terenie, najniższy punkt położony jest w Zschernitzsch z 162 m, a najwyższy punkt położony na 261 m n.p.m. w Mockzig. Obszar ten jest jednym z ostatnich odgałęzień przedgórza Rudaw, które kończy się na nizinach w Lipsku na północ od miasta.
Altenburg leży nad rzeką Pleiße.
Sąsiednie gminy Sąsiadujące gmin zaczynając ruchem wskazówek zegara od północy: Meuselwitz i Gerstenberg, na północny wschód Windischleuba, Nobitz na wschód, na południe Saara, Altkirchen na południowy zachód, na zachód Göhren oraz Lödla, na północnym zachodzie Rositz.
Podział administracyjny Altenburg jest podzielony na kilka dzielnic. Największe z nich to nowe obszary zamieszkałe na południowy wschód (Altenburg Süd-Ost) i północ (Altenburg Nord) oraz centrum. Ponadto istnieją też małe osiedla, o charakterze wiejskim: Rasephas, Kauerndorf, Poschwitz, Zschernitzsch, Drescha oraz Steinwitz.