Город находится в среднем Поволжье, в низменном левобережном районе (Заволжье) Ульяновской области в месте впадения рек Мелекесски и Большого Черемшана в Куйбышевское водохранилище (до его постройки в реку Волгу). Высота рельефа колеблется в интервале 50—100 м над уровнем моря. При возведении Западной части города в середине XX века строителям удалось сохранить крупные лесные массивы с сосновыми борами и смешанными лесами, так что эту часть города часто называют «городом в лесу».