小美玉市は、東京都心から北東へ約80km、茨城県のほぼ中央部に位置し、北へ20kmの距離に県都水戸市、南西へ20kmの距離に筑波研究学園都市があります。地表は概ね関東ローム層に覆われ、起伏も少なくほぼ平坦な地形となっています。また、南部は霞ヶ浦に接しています。
面積は145.03km2で、新市の西部をＪＲ常磐線、国道6号、常磐自動車道が貫き、南部には国道355号が通り、東部には航空自衛隊百里基地があります。
今後は、百里飛行場（茨城空港）の開港やその関連道路の整備が計画されており、開発ポテンシャルの向上が期待されます。
