Die Stadt liegt eingebettet zwischen dem Muskauer Faltenbogen im Norden, der Muskauer Heide im Nordosten und dem Tagebau Nochten im Südwesten. Das Stadtgebiet wird von weitläufigen Waldgebieten eingeschlossen, die von Kiefern und Eichen dominiert werden. Die nördlichen Wälder sind vom Braunsteich im Osten bis zum Halbendorfer See im Nordwesten durch weitläufige Teichgebiete unterbrochen. In Weißwasser entspringt die Struga, die im Westen entlang der Bahnstrecke Berlin–Görlitz in die Schleifer Region fließt. Den südlichen Stadtrand hat der Tagebau Nochten erreicht, der sich bis Mitte des nächsten Jahrzehnts ebenfalls der Schleifer Region nähert.