Измаил расположен на юго-западе Украины.
Город раскинулся на левом берегу Дуная в 80 км от Черного моря в юго - западной части Причерноморской низменности. Протяженность его с севера на юг составляет 7,3 км, с запада на восток - 6,2 км. Площадь территории города достигает 53,5 кв. км.
Регион, в котором расположен Измаил, представлен среднестепной подзоной лёссовых дерновых равнин с характерными для местности малогумусными южными черноземами. Территория города относится к южному агроклиматическому району Одесской области - жаркому, засушливому, с теплой зимой. Согласно многолетним наблюдениям, период активной вегетации здесь приходится на период 15 апреля по 20 октября.
Город протянулся по берегу реки Дунай на 13 километров и находится в центре региона многочисленных и экологически важных озер, недалеко от хорошо известного во всем мире Дунайского биосферного заповедника в дельте Дуная.
В низовье Дуная много лиманов, на морском побережье и в шельфовой зоне расположены уникальные природные комплексы, водно-болотные угодья, экосистемы, которые формируют его важное национальное и международное рекреационное значение. Водоснабжение Измаила обеспечивают артезианские скважины. Уровень загрязнения атмосферного воздуха находится в пределах нормы.
В черте города расположены объекты природно-заповедного фонда - парки-памятники местного значения "Комсомольский сквер" (расположен в центральной части города, площадь - 1,5 га), а также Барановский лес (163 га).