Thành phố Fullerton cách trung tâm Los Angeles khoảng 40 km về phía Đông Nam và cách quận lỵ Santa Anna 18 km về phía Tây Bắc. Thành phố có độ cao trung bình là 150 feet (46 m) và cách Thái Bình Dương 18 km về phái Đông Bắc. Fullerton có khía hậu Địa Trung Hải, với nhiệt độ trung bình là 62,2 độ F (16,8 °C).

Theo Cục Điều tra Dân số Hoa Kỳ, thành phố có tổng diện tích 22,4 dặm vuông (58 km2). 22,4 dặm vuông (58 km2) của nó là đất và 0,01 dặm vuông (0.026 km2) của nó (0,05%) là nước.

Fullerton được bao bọc bởi La Habra và Brea ở phía Bắc, La Mirada ở phía Tây Bắc, Buena Park ở phía Tây, Anaheim về phía nam, và Placentia về phía đông.