上天草市は、熊本県の西部、有明海と八代海が接する天草地域の玄関口に位置し、天草地域に浮かぶ大矢野島、上島、そのほかの島々から構成されています。

また、市のほぼ全体が雲仙天草国立公園に含まれ、日本三大松島の一つにあげられる松島の風景や龍ヶ岳・白嶽をはじめとする九州自然歩道（観海アルプス）からの眺望など景勝地として四季折々に美しい表情を見せています。

気候は、典型的な西海型気候で、年間平均気温が約17.0℃、年間降水量が1,929㎜（平成25年松島観測所）、降雪は数えるほどしかなく、海岸部の一部は無霜地帯となっています。年間を通して比較的温暖な気候を有しているところから、果樹や花きの栽培が盛んに行われています。

面積は、全体で126.15平方キロメートルを有しており、東西約15キロメートル、南北約28キロメートルにわたり広がっています。内訳は、山林59.4％、田畑24.8％、宅地が6.3％（平成22年10月1日現在、土地利用現況把握調査）となっており、大部分は急峻な山ひだが海岸線まで迫り、全体的に平坦地が少ない地勢です。その中にあって、大矢野島は比較的傾斜が緩やかな丘陵地が多く、花き栽培や酪農が行われています。（平成26年3月18日現在）

また、各地域を流れる河川の周辺には水田が広がっています。

※最新の面積は、全体で126.15平方キロメートルになります。（平成27年現在）