Nagaoka nằm ở trung tâm của tỉnh Niigata và vùng Chūetsu. Thành phố cách Tokyo 80 phút đi bằng tàu Joetsu Shinkanshen hoặc 3 tiếng đồng hồ đi bằng ô tô trên cao tốc Kan-Etsu. Nagaoka từng là một thành phố nằm sâu trong nội địa cho đến tháng 1 năm 2006, khi thành phố được sáp nhập thêm 4 thị xã-2 trong số đó tiếp giáp với Biển Nhật Bản. Nagaoka hiện nay tiếp giáp với Biển Nhật Bản ở phía bắc và sau khi sáp nhập, nó vẫn được xem là một nút giao thông chiến lược của cả vùng. Sông Shinano chảy xuyên qua thành phố theo hướng nam-bắc và các ngành công nghiệp phát triển dọc theo cả hai bờ sông. Dãy núi Higashiyama nằm ở phía đông.

Các khu vực tiếp giáp

Tính từ phía bắc, theo chiều kim đồng hồ, Nagaoka tiếp giáp với các khu vực sau:

• Tsubame
• Yahiko, Nishikanbara District
• Niigata
• Izumozaki, Santō District
• Kashiwazaki
• Kariwa
• Tōkamachi
• Ojiya
• Uonuma
• Sanjō
• Mitsuke

Ngoài ra, đảo Sado nằm trên biển Nhật Bản và có thể tiếp cận bằng đường biển hoặc đường hàng không.