Город расположен на реке Сысерть, в южной части Свердловской области в 50 км к югу от Екатеринбурга. В черте города река Сысерть образует обширный Сысертский пруд, который продолжается на запад и на юг за пределы города. Близ города находится горная вершина Бесенкова. Рядом с Сысертью проходит участок ответвления федеральной трассы М5 «Урал» от Челябинска до Екатеринбурга.