Thị xã Ninh Hòa nằm gần trung tâm tỉnh Khánh Hòa, có vị trí địa lý:

• Phía bắc giáp huyện Vạn Ninh
• Phía đông giáp Biển Đông
• Phía nam giáp thành phố Nha Trang và các huyện Diên Khánh, Khánh Vĩnh
• Phía tây giáp huyện M'Đrắk, tỉnh Đắk Lắk.

Thị xã Ninh Hòa nằm tại ngã ba nơi giao nhau giữa quốc lộ 1 và quốc lộ 26 đi Buôn Ma Thuột. Trung tâm thị xã cách thành phố Nha Trang 33 km, cách thị trấn Vạn Giã (huyện Vạn Ninh) 27 km, cách Buôn Ma Thuột 151 km.

Thị xã có diện tích 1.195,7 km², dân số năm 2018 là 240.620 người. Như vậy, hiện nay Ninh Hòa là thị xã có diện tích lớn nhất cả nước, lớn hơn 3 tỉnh Bắc Ninh, Hà Nam, Hưng Yên.

Đây cũng là địa phương có dự án Đường cao tốc Bình Định – Nha Trang đi qua đang được xây dựng.