Il territorio di Sestri Levante è situato nella Riviera ligure di levante, e precisamente è una delle ultime località che si affacciano ad oriente sul golfo del Tigullio, ad est di Genova.

Sorge sulla piana alluvionale del torrente Gromolo, a ridosso di un promontorio roccioso, solitamente chiamato 'l'isola', proteso verso il mare, e unito alla terraferma da un istmo il quale divide la 'Baia delle Favole',(dove è stato ricavato il porto turistico e il cui nome venne attribuito dallo scrittore Hans Christian Andersen che soggiornò a Sestri Levante nel 1833), dalla più piccola ma ancora più suggestiva 'Baia del Silenzio'.

Un'altra barriera prima delle spiagge della frazione di Riva Trigoso, che proseguono fino in località Borgo Renà, è costituita dal promontorio di Punta Manara e monte Castello (265 m). In località Renà sorge il caratteristico scoglio dell''Assêu', sormontato da una croce, e più ad est si trovano punta Baffe e monte Moneglia (521 m) che nascondono la vista di Vallegrande e del territorio di Moneglia.

Tra le due baie e l'istmo si sviluppa il centro storico, mentre la parte più moderna occupa la piana. Per la sua conformazione geografica viene definita localmente come la 'città dei due mari' o la 'bi-mare', essendo il centro storico sestrese affacciato sulle due baie, 'delle Favole' e 'del Silenzio'. 

Confina a nord con il comune di Ne, è bagnato a sud dal mar Ligure, ad ovest confina con Lavagna e il mar Ligure e ad est con Casarza Ligure e Moneglia.

Il centro di Sestri Levante è attraversato principalmente dalla strada statale 1 Via Aurelia che permette il collegamento con Lavagna e Chiavari ad ovest e Moneglia ad est. Inoltre è raggiungibile anche grazie al proprio casello autostradale sull'autostrada A12. Comodo anche il collegamento tramite ferrovia poichè la stazione di Sestri Levante è posta sulla linea Genova-Pisa, servita da collegamenti regionali e a lunga percorrenza. Nel territorio comunale è inoltre presente la stazione di Riva Trigoso la quale serve le omonime frazioni di Riva e Trigoso ed è servita unicamente da treni regionali.

Grazie alla bellezza naturale del luogo, Sestri Levante ha un rilevante apporto dal turismo, sia italiano che straniero, una tradizione del passato era la costruzione dei leudi, imbarcazioni in legno a vela latina, di cui oggi si trova ancora uno splendido esempio ristrutturato e posizionato a scopo espositivo sulla spiaggia dei 'Balin', nella Baia delle Favole.

Nel cuore del centro storico cittadino si possono notare numerosi portali d'ardesia del XIV secolo, specie in via XXV Aprile - il 'carrugio' per i sestresi - ancora oggi importante asse commerciale delle attività artigianali.