Schleiz liegt im thüringischen Teil des Vogtlands unweit der Landesgrenzen zu Sachsen und Bayern. Die Stadt wird in Ost-West-Richtung von der Wisenta, einem Nebenfluss der Saale durchflossen. Schleiz liegt auf der Hochfläche des thüringischen Vogtlands, die im Westen steil zum Saaletal, wo sich auch die großen Saaletalsperren befinden, abfällt. Die Umgebung ist von einer Hügellandschaft geprägt, aus der keine größeren Spitzen herausragen und auf der Wald und Freiflächen einander abwechseln. Höchste Erhebung im Schleizer Raum ist die Hirschraufe südlich von Schleiz mit 596 m. Nördlich liegt ein Gebiet, welches als Seenplatte bezeichnet wird und mit den Plothener Teichen auch das größte natürliche Teichgebiet Thüringens umfasst. Vorherrschende Gesteinsarten sind Schiefer und tonige und sandige Gesteine aus dem Keuper.

Das Thüringer Schiefergebirge erstreckt sich über die Flächen um Bad Lobenstein, Schleiz und Zeulenroda. Die Böden sind vorwiegend aus quarzistisch gebändertem Tonschiefer und Quarzsandsteinen hervorgegangen. Quellmulden sowie schmale Tallagen der Flüsse und Bäche sind typische Grünlandstandorte. Ackerbau wird auf plateauartigen Geländerücken, welligen Ebenen und Flachhängen begünstigt.