Город расположен у южного подножия Колыванского хребта, на высоте 450 м, в долине рек Корболихи и Змеевки (притоки реки Алей), в 360 км к юго-западу от Барнаула. По физико-географическому районированию территория района относится к двум провинциям: Предалтайской (Западно-Сибирская равнина) и Северо-Западной Алтайской (Алтае-Саянская горная страна). Ландшафты Предалтайской провинции расположены в западной и центральной части района и представлены предгорными равнинами с богатыми разнотравно-красноковыльными степями. Восточная часть района — горная.
Ближайшие железнодорожные станции Третьяково (45 км) и Рубцовск (87 км). Административно Змеиногорск состоит из самого города и расположенного рядом села Лазурка (25 км от города). Змеиногорский тракт связывает Змеиногорск с Барнаулом, Рубцовском и Восточным Казахстаном.
