Dubnica nad Váhom leží na strednom Považí v Ilavskej kotline. Biele Karpaty tvoria severozápadné ohraničenie prírodného prostredia Dubnice nad Váhom a Strážovská hornatina ich ohraničuje na juhovýchode. Nachádza sa v údolí Váhu a na jeho južnej terase, v južnej časti Ilavskej kotliny, na severozápadných svahoch Teplickej vrchoviny, 225-850 m n.m. Ilavská kotlina je erózno-tektonického pôvodu. Tvoria ju piesky, zlepence až íly. Štruktúra pôdy je hlinitá, piesčitá, štrková, ílovitá. Vodné toky na území mesta patria do správy Povodia Váhu. Mestom preteká Dubnický potok, ktorý sa vlieva do Váhu. Klimaticky ide o oblasť teplú, mierne vlhkú s miernou zimou, kde priemerná ročná teplota je 8,5 stupňov Celzia a ročným úhrnom zrážok 600-800 mm. Na území mesta sa nenachádzajú žiadne výraznejšie zásoby nerastných surovín. Uskutočňuje sa iba ťažba štrkov v povodí Váhu, ktorá je však momentálne pozastavená.
Mesto Dubnica nad Váhom sa rozkladá na ploche 4914 ha, z čoho najväčšiu časť cca 54% tvoria lesy, 25% poľnohospodársky pôdny fond, 10,8% plocha zastavaného územia a zvyšok vodné plochy a ostatné plochy.
V katastrálnom území mesta Dubnica nad Váhom sa nachádza chránené vtáčie územie – Dubnické štrkovisko o rozlohe 60 ha. Chránené vtáčie územie je zaradené do Súvislej európskej sústavy chránených území „NATURA 2000“.
Územie mesta tvorí kataster Dubnice a mestská časť Prejta. Štatút mesta mu bol pridelený roku 1960. V súčasnosti je 27. najväčšie mesto Slovenska. V novom územnom členení patrí od roku 1996 do okresu Ilava a zároveň je najväčším mestom tohto okresu. K 1. 1. 2011 malo mesto 25 088 trvalo prihlásených obyvateľov. Okres Ilava tvoria obce Bolešov, Borčice, Červený Kameň, Dulov, Horná Poruba, Kameničany, Košeca, Košecké Podhradie, Krivoklát, Ladce, Mikušovce, Pruské, Sedmerovec, Slávnica, Tuchyňa, Vršatecké Podhradie, Zliechov a mestá Ilava (5 642 obyvateľov) a Nová Dubnica (11 5361 obyvateľov). Je vzdialené len 14 km severovýchodne od mesta Trenčín a asi 140 km severne od hlavného mesta Bratislava. Mesto leží na hlavnom železničnom severojužnom ťahu, pri diaľnici D1 a prechádza nim štátna cesta I. triedy.
Okres Ilava podľa územného a správneho usporiadania patrí do územného celku Trenčianskeho kraja a je ohraničený okresmi Púchov a Trenčín.