Велинград се намира в Чепинската котловина в Западните Родопи.
Градът има планински климат. Намира се в европейско-континенталната климатична област, на границата с континентално-средиземноморската област. Лятото е прохладно и краткотрайно, а зимата — мека и продължителна. Валежите са сравнително малко. През пролетта и началото на лятото са по-обилни, в края на лятото и есента е по-сухо. Снеговал
ежите са достатъчни и задържането на снежната покривка е продължително (до 150 дни). Снежната покривка е устойчива и дебела.
Велинград е един от най-безоблачните градове в България. Облачността е най-голяма през зимните месеци. Общото ѝ намаляване се наблюдава в началото на есента. Това е едно от местата в България с повече безвалежни дни. Наличието на ясно време и обилно слънцегреене е характерно за Велинград. Средно-годишната температура на въздуха е 9°С. Относителната влажност на въздуха е 75%. Атмосферното налягане е ниско – 693 мм живачен стълб.
Водни ресурси в района на Велинград - реки, карстови и минерални извори – има в изобилие. Те са фактор за определянето местоживеенето на хората, стопанската им дейност, за развитието на туризма като цяло. Многобройните бистри планински потоци и рекички се обединяват в Чепинската река. По-важните ѝ протоци са Грънчарица, Луковица, Лепеница, Мътница и Требетущица. Язовирите в района разнообразяват природната среда, изменят положително микроклимата и увеличават значително привлекателността на ландшафта. Във Велинград има редица карстови извори като Клептуза.
Във Велинград са съсредоточени едни от най-богатите в България хидротермални находища. Минералните извори (80 на брой), мекият климат и прекрасната природа са голямото богатство на града. Велинград е един от най-големите балнеологични курорти в България и е известен като "СПА столицата на Балканите".Тук има множество санаториуми, лечебници, модерни СПА центрове и хотели.
