加西市は、兵庫県の南部、播州平野のほぼ中央に位置し、東経134°51′、北緯34°56′の地点にあります。
市域面積は150．22平方キロメートルで、東西12．4キロメートル、南北19．8キロメートルの広がりを有し、東は小野市および加東市に、西は姫路市および福崎町に、南は加古川市に、そして北は西脇市、多可町および市川町にそれぞれ隣接しています。

市の北部には古生層の山地（海抜300～500メートル）が連なり、中国山地の裾野を形成し、そこを源に発する普光寺川、万願寺川、そして下里川の3河川は、丘陵・段丘面を刻み沖積低地を形成しながら万願寺川に合流し、さらに加古川に合流しています。
また、市の中心部を流れる万願寺川の東側には広大な青野ケ原台地が、西側には鶉野台地が広がり、播磨内陸地域最大の平坦地を形成しています。特に、この一帯は、ため池が数多く点在し、県下でも有数の密集地帯となっています。
一方、市の南部は、中生代の火山活動で形成された凝灰岩類、流紋岩類を母岩とする低い山地（海抜200～250メートル）を形成しています。