Miasto położone jest w województwie dolnośląskim, w polskiej części historycznych Górnych Łużyc, na wschód od Nysy Łużyckiej, która przecina wschodnią krawędź granitowego masywu łużyckiego z przedgórzami pogranicza czesko-łużyckiego. Znajduje się na styku północnych terenów wrzosowisk i stawów Górnołużyckich i południowego Pogórza Łużyckiego. Na południe od płaskowyżu przełomu Nysy Łużyckiej do Nysy wpływa Czerwona Woda (). Na płaskowyżu nad Nysą znajduje się tzw. Lasek Myśliwski ().
Na północny wschód od miasta znajduje się tzw. Puszcza Zgorzelecka (), duży obszar leśny, który był własnością miasta do czasu podziału miasta w 1945 roku. Dzisiejszy obszar miejski Zgorzelca to około 209 m n.p.m., natomiast regionów nadbrzeżnych na Nysie jest około 175 m n.p.m. Najwyższym wzniesieniem jest Drewniak (, dawniej też Holzberg) w południowej dzielnicy Ujazd o wysokości 225,3 m n.p.m., następnie Mojeska Góra (Długa Góra) na południowy wschód od cmentarza komunalnego na 224,7 m n.p.m. i Krucze Wzgórze (również Krucza Góra;