Brand-Erbisdorf liegt im nordwestlichen Teil des Osterzgebirges zwischen den Tälern des Münzbaches und der Großen Striegis, beides Nebenflüsse der Freiberger Mulde, etwa 5 km südlich der Kreisstadt Freiberg.
Die Umgebung ist durch den Bergbau und ehemalige Bergbauanlagen, wie zum Beispiel Abraumhalden und Kunstteiche, geprägt.
Die Stadt grenzt im Norden an Freiberg, im Osten an Weißenborn, im Südosten an Lichtenberg, im Süden an Großhartmannsdorf, im Südwesten an Eppendorf und im Westen an Oederan.