Город Волчанск расположен на севере Свердловской области у пресечения 6-й параллели с 60-м меридианом. Расстояние до Екатеринбурга 452 км., до Москвы 2105 км. Город находится у железной дороги Екатеринбург-Серов-Бокситы, железнодорожная станция «Лесная Волчанка». Севернее Волчанска расположены города Североуральск, Ивдель, южнее Карпинск и Краснотурьинск.
На территории Волчанского городского округа расположены поселки Вьюжный, Макарьевка.
Общая площадь Волчанского городского округа 483 кв. километров. Всхолмленная равнина, типичная для Зауралья и предгорно-увалистой полосы восточной стороны Северного Урала. Абсолютная отметка колеблется от 200 до 225 м., увеличиваясь в центре до 240 м.
Гидрографическая сеть района представлена мелкими речками Мостовая, Малая Волчанска, Луговая, Озерная, принадлежащими к бассейну реки Сосьва, и являются притоками реки Большая Волчанка. Все речки берут начало из болот и питаются за счет атмосферных осадков и грунтовых вод.
Климат района континентальный, среднегодовая температура +4 С. Минимальная среднемесячная температура в июле +16 С. Годовое количество осадков от 327 до 556 мм. Глубина промерзания от 1,3 до 2 метров.
Леса преимущественно хвойные (сосна, ель). Полезные ископаемые: бурый уголь, золото. Автотранспортные магистрали, связывающее населенные пункты городского округа и соседние города, имеют асфальтобетонное покрытие.
