Дегтярск расположен в 34 километрах на запад-юго-запад от города Екатеринбурга (по автодорогам через сёла Горный Щит и Курганово — 54 километра, через город Ревду — 67 километра), в долине реки Вязовки, на границе Европы и Азии. В черте города расположено озеро Ижбулат. В нескольких километрах севернее Дегтярска расположено крупное Волчихинское водохранилище.