Sighișoara este amplasată în Depresiunea Colinară a Transilvaniei, în Valea Târnavei Mari, într-o zonă cu dealuri împădurite preponderent cu stejar și fag ce dau aspectul unui amfiteatru natural, în care predomină înălțimile de peste 500 de metri, clima continentală moderată, apele alimentate din ploi și topirea zăpezilor, flora și fauna diversificate cu specii endemice protejate prin lege (broasca de mlaștină, buhaiul de baltă, izvorașul cu burta galbenă).
Orașul este mărginit la vest de Dealul Stejăriș (524 m), la nord de Dealul Gării (528 m), la sud de Dealul de Mijloc (603 m) și la est de Dealul Brădet (524 m) și este dominat de Dealul Cetăți (425 m).
Totodată, bună parte din teritoriul său se află în Natura 2000 – cea mai mare rețea ecologică de arii protejate creată de Uniunea Europeană cu scopul conservării pe termen lung a unor specii de plante, animale sălbatice și păsări amenințate, dar și a unor habitate naturale.