Lugau liegt etwa 12 km westlich von Chemnitz und 20 km östlich von Zwickau, am Nordrand des Erzgebirges.
Die Stadt erstreckt sich auf einem Höhenrücken zwischen dem Hegebach- und Würschnitztal und hat ihren Ursprung im Lugautal. Der Bach Lugau entspringt im Pfarrwald der Stadt und mündet in Gersdorf in den Hegebach, der wiederum in den Lungwitzbach fließt. Entlang des Baches entwickelte sich das ehemalige Waldhufendorf.
Seit dem 1. Januar 2013 umfasst die Stadt Lugau die Ortsteile Ursprung, Kirchberg, Erlbach, Neukirchberg, Oberlugau und Niederlugau. Ursprung, Kirchberg, Erlbach und Niederlugau wurden bereits im 12. Jahrhundert als Bauerndörfer gegründet. Die Besiedlung erfolgte in drei parallel verlaufenden Tälern, die auf einer Hochfläche münden, bekannt als der „Lugauer Gebirgsrand“. Hier verläuft die Wasserscheide zwischen Lungwitzbach und Würschnitz. Entlang der Bäche wurden Bauerngüter angelegt, die von Wiesen und Feldern umgeben sind.
Lugau bietet eine gute Bildungsinfrastruktur mit der Grundschule Lugau, der Evangelischen Montessori-Grundschule in Erlbach-Kirchberg und der Oberschule am Steegenwald.
Die Stadt ist verkehrsgünstig gelegen:
Die B 180 durchquert Lugau, während die A 72 (Anschlussstelle Niederdorf, ca. 5 km) und die A 4 (Anschlussstelle Hohenstein-Ernstthal, ca. 10 km) in kurzer Distanz erreichbar sind.