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 che viene solitamente chiamato "l'isola", che, proteso verso il mare, è unito alla terraferma da un istmo e divide la "Baia delle Favole", dove è stato ricavato il porto turistico e il cui nome venne attribuito dallo scrittore Hans Christian Andersen che qui soggiornò 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.

In località Renà sorge il caratteristico scoglio dell'"Assêu", sormontato da una croce, e più ad est si trovano punta Baffe e monte Moneglia 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 che, estendendosi tra il mare e le colline dell'entroterra, dividono Sestri Levante a nord dalla val Graveglia.