Zell im Wiesental bildet das Zentrum des Zeller Berglandes, das sich im südlichsten Teil des Schwarzwaldes auf einer Höhe von 415 bis 1300 m über NN zwischen Basel und dem Feldberg im großen Wiesental erstreckt.
Nachbargemeinden von Zell sind, im Uhrzeigersinn (von Norden beginnend): Kleines Wiesental, Fröhnd, Häg-Ehrsberg, Schopfheim und Hausen im Wiesental. Aufgrund einer Waldexklave nordwestlich der eigentlichen Gemarkung zwischen den Häg-Ehrsberger Ortsteilen Happach und Altenstein grenzt Zell außerdem an Todtmoos und damit an den Landkreis Waldshut.
Die Stadt ist vom Bahnhof Zell (Wiesental) aus mit der Wiesentalbahn (Linie S6 der S-Bahn Basel) mit Lörrach und Basel verbunden; darüber hinaus verfügt sie über einige lokale und regionale Busverbindungen.
Die Bundesstraße 317 (Weil am Rhein–Titisee-Neustadt) entlang der Talachse des Wiesentals verbindet Zell mit dem überregionalen Straßennetz. Über zahlreiche Kreis- und Landesstraßen werden die Seitentäler des gebirgigen Gemarkungsgebietes erschlossen.