本市は、福岡県南部、筑後平野の西南端にあり、東経130°24′21″、北緯33°09′48″（市役所柳川庁舎）に位置しています。東西11km、南北12kmとなっており、北は大川市、大木町、筑後市、東はみやま市に接し、南は有明海に面しています。

また、県庁所在地の福岡市まで約50km、久留米市まで約20km、大牟田市まで約15kmの距離にあり、西鉄天神大牟田線などを利用した通勤・通学圏となっています。

本市の総面積は77.15平方kmで、地目別に見ると宅地が18.0%、農地が50.7%、その他の地目が31.3%となっています。

また、本市の大部分は、古くから開拓・干拓された大小規模の干拓地が魚鱗状に広がる海面干拓地帯です。標高は0～約6mの平坦な低地となっており、0°から3°の緩やかな傾斜で有明海に向かって広がっています。

有明海は干満差日本一で大潮時には6mに達し、干潮時には広大な干潟が現れます。

地層は砂、粘土、礫（れき）からなる沖積層で、表土以下10数メートルには、極めて軟弱で含水比の高い「有明粘土層」が分布しています。

柳川市の面積及び土地の利用状況

面積

77.15平方km（令和元年10月1日現在、国土地理院より）

土地の利用状況 

• 宅地13.88平方km（18.0%）
  
• 農地39.10平方km（50.7%）
  
• その他の地目24.17平方km（31.3%）
  

気候

気候は、寒暖の差が比較的少なく温暖多雨な九州型気候区に属しています。

令和2年の年間平均気温は、17.0℃（前年17.2℃）、年間降雨量は2,427.0mm（前年度1,707.5mm）（消防本部調べ）となっています。