Евпатория расположена в степной, западной части Крымского полуострова. Город протянулся вдоль Евпаторийской бухты мелководного Каламитского залива. Средняя высота над уровнем моря составляет 10 м. Протяжённость Евпатории с юга на север составляет 12 км, с востока на запад — 22 км. Водные ресурсы — артезианские скважины Ивановского, Чеботарского, Альминский-2 водозаборов, городских скважин.

Из природных лечебных факторов следует отметить уникальные грязи и рапу, морские и минеральные воды, воздух и солнце, песок и целебные растения. В черте города и в прилежащих местах по береговой линии расположены многочисленные мелкопесчаные пляжи. К востоку от города, в т. н. районе «Солнышко», песок пляжей крупнее, попадаются мелкие полудрагоценные камни. К западу от города тянется череда пансионатов, санаториев и пионерских лагерей.

В окрестностях города — к востоку и к западу от него — разбросаны озёра Мойнакское, Большое Ялы-Майнакское, Малое Ялы-Майнакское, Малое Отар-Майнакское и Сасык. Большой лечебной силой обладают грязи и вода этих озёр, высококонцентрированный соляной раствор — рапа. Озеро Мойнакское в конце 1990-х годов утратило свою ценность как месторождение лечебной грязи в связи с неконтролируемым сбросом в него пресной воды Северо-крымского канала.

Первый источник евпаторийской минеральной воды был открыт комплексной гидрогеологической экспедицией на территории Мойнакской грязелечебницы в 1959 году. Это вода хлоридно-натриевая слабощелочной реакции с температурой 39 °C. Позднее источники термальной минеральной воды были открыты на территории санатория Министерства обороны и Центральной курортной поликлиники. На пересечении улицы Фрунзе и проспекта Ленина находится бювет евпаторийской минеральной воды.