Heinsberg ist die namengebende Kreisstadt des westlichsten Kreises Deutschlands und liegt im Regierungsbezirk Köln des Landes Nordrhein-Westfalen.
Heinsberg liegt rund 32 km südwestlich von Mönchengladbach und etwa 35 km nördlich von Aachen am südwestlichen Rand des Rurtales, das sich hier trichterförmig in Richtung zu den Niederlanden weitet. Die Rur ist auf mehreren Kilometern nordöstliche Stadtgrenze zu den Nachbarstädten Hückelhoven und Wassenberg, bevor sie in der Nähe des Ortsteiles Karken über die Staatsgrenze in die Niederlande fließt. Durch das Stadtgebiet zieht auch die bei Kempen in die Rur mündende Wurm. Der höchste Punkt des Stadtgebiets mit 85 m ü. NN befindet sich südlich von Straeten an der Stadtgrenze zu Geilenkirchen, der niedrigste mit 28 m ü. NN nördlich von Karken an der niederländischen Grenze.
Das Heinsberger Land erfuhr sein heutiges Gepräge zum größten Teil in der Eis- und der Jetztzeit. Die Böden bestehen vor allem aus Maas- und Rheinschotter, in den oberen Bodenschichten dominiert Rheingeröll. Später wurde Löß angeweht, der sich als schwachwellige Decke ablagerte. Westlich der Wurm ist der Löß meist zu Schotterlehm umgewandelt. Erosion längs kleiner Flussläufe formte das heutige Bodenrelief. Nahe der Grenze zu den Niederlanden im Westen verläuft eine geologische Verwerfung. Von dieser Störungslinie aus sind Erdschollen in Staffeln nach Nordosten zur Rur hin abgesunken. Der Schollenneigung folgt die Wurm. Das Stadtgebiet hat im Nordosten Anteil am Rurtal, das hier aus Lehm- und Schlickflächen mit darunterliegendem Kies besteht, und im Südwesten an der Geilenkirchener Lehmplatte.
Der im Tertiär entstandene Rurgraben, in dem im Stadtgebiet die Rur fließt, ist Teil einer der geologisch und tektonisch aktivsten Regionen Deutschlands. Die Rurrandverwerfung ist Grenze zwischen zwei Großschollen, nämlich der Rurscholle im Westen und der Venloer Scholle im Osten, und eine der Hauptverwerfungen der Niederrheinischen Bucht. Die Bewegung der Erdschollen führt immer wieder zu Erdbeben, das schwerste in jüngerer Zeit fand am 13. April 1992 statt mit Zentrum in Herkenbosch, Gemeinde Roerdalen, in den Niederlanden. Seine Stärke von 5,9 auf der Richterskala übertraf die aller anderen Erdbeben in Mitteleuropa seit dem Erdbeben bei Düren 1756.