Obschwarzbach liegt im Niederbergischen Land, auf den Höhen der Mettmanner Lössterrassen, die bereits zum Rheinischen Schiefergebirge gehören. Der Ort ist überwiegend ländlich geprägt und besteht aus den beiden Teilen Niederschwarzbach und Obschwarzbach. Im Zentrum, unmittelbar an der L 422, befindet sich seit den 1960er Jahren eine geschlossene Wohnsiedlung, die von landwirtschaftlichen Flächen umgeben ist.
Die Stadt Mettmann befindet sich etwa vier Kilometer südlich von Obschwarzbach. Wülfrath liegt etwa drei Kilometer östlich, Heiligenhaus ist in nördlicher Richtung rund vier Kilometer entfernt und im Westen befindet sich der Ratinger Ortsteil Homberg in ebenfalls vier Kilometern Entfernung. Die Umgebung ist geprägt von Guts- und Bauernhöfen, kleineren Flusstälern und offenen Acker- und Weideflächen. Südöstlich von Obschwarzbach entspringt der namensgebende Schwarzbach, der in Düsseldorf-Wittlaer in den Rhein mündet.