Город находится в удалении от морского побережья, примерно на 50 км от западного побережья, 25 км от восточного побережья и Охотского моря и 20 км от Анивского залива, омывающего остров с юга. С восточной стороны Южно-Сахалинск защищен горным массивом. По отношению к окружающей территории город находится на равнине в окружении сопок, благодаря чему имеет своеобразный климат, не свойственный прибрежным городам острова. Летом в Южно-Сахалинске может быть очень жарко, а зимой, из-за отсутствия ветра, сильный мороз.
Город Южно-Сахалинск приравнен к районам Крайнего Севера.
Сахалинская область является одним из наиболее неблагоприятных регионов России по насыщенности на ее территории всевозможных опасных природно-климатических процессов и воздействий. Из них наибольшую опасность для урбанизированных территорий Сахалинской области представляют землетрясения. Городской округ "Город Южно-Сахалинск" расположен в сейсмоопасном районе. Согласно СП 14.13330.2014 расчетная сейсмическая интенсивность в баллах шкалы MSK-64 для средних грунтовых условий и трех степеней сейсмической опасности в течение 50 лет составит:
A (10%) - 8 баллов;
B (5%) - 8 баллов;
C (1%) - 9 баллов.
В настоящее время в городском округе действует муниципальная программа "Повышение сейсмоустойчивости жилых домов, основных объектов и систем жизнеобеспечения на 2009 - 2013 годы и на период до 2017 года". Проектирование и строительство новых объектов ведется с учетом требований действующих норм сейсмостойкого строительства.