神奈川県のほぼ中央より東側、相模野台地に位置しています。 北部・東部は大和市、西部は海老名市、南部は藤沢市に接しています。 東西4.2キロメートル、南北7.6キロメートルと南北に長い地形をしており、市の北東部には市域の6分の1の面積を占める厚木基地があります。 横浜市から約20キロメートル、東京都心部から40キロメートル程の距離にある一方、蓼川、比留川、目久尻川などの中小河川や森林など自然環境が豊かで、新興住宅地として発展しています。 農地、商業地もバランス良く配され、市役所周辺エリアは大型ショッピングセンターを中心に都市化が進んでいます。