Bad Honnef liegt am östlichen, orographisch rechten Rheinufer zwischen Königswinter und Rheinbreitbach am Fuße des Siebengebirges, das den nördlichen Abschluss des Rheinischen Schiefergebirges und somit den Beginn des Übergangs vom Mittelrhein in den Niederrhein markiert. Der westliche Rand des 48,3 Quadratkilometer großen Stadtgebietes lässt sich naturräumlich der Honnefer Talweitung zuordnen, deren nördliche Begrenzung der Drachenfels beim Stadtteil Rhöndorf bildet. Sie kennzeichnet sich linksrheinisch durch ein über 100 Meter hohes Steilufer, dem rechtsrheinisch ein wesentlich breiterer, halbmondartig aufgeweiteter Talbereich gegenüberliegt und nimmt die beiden Inseln Grafenwerth und Nonnenwerth auf. Der mittlere Teil des Stadtgebietes wird vom Siebengebirge sowie dem Rheinwesterwälder Vulkanrücken eingenommen und das östliche Drittel mit dem Stadtbezirk Aegidienberg liegt auf der Asbacher Hochfläche, gehört damit zu den nordwestlichen Ausläufern des Westerwalds.

Neben den Kirchen in Berg und Tal – darunter mit der Fuchshardtkapelle eine Waldkapelle – sind zahlreiche andere historische Gebäude erhalten geblieben, überwiegend im Bereich der Stadtmitte und Rhöndorf. Der Ortsteil Rommersdorf besteht mehrheitlich aus Fachwerkhäusern, die zu den ältesten in Bad Honnef zählen. Die Hauptstraße wird wie einige ihrer Nebenstraßen von prunkvollen Wohn- und Geschäftshäusern aus der Phase des Historismus um 1900 gesäumt, von denen zahlreiche unter Denkmalschutz stehen. Die ehemaligen Kuranlagen werden heute durch den „Seminaris-Kongresspark“ genutzt. Bedeutendes Zeugnis aus der Vergangenheit ist das Kurhaus, das 1906 erbaut wurde, 1937/1938 eine neue Trinkhalle erhielt und heute zum Kongresspark Bad Honnef gehört. Es gilt mit seinem Festsaal als kulturelles Zentrum der Stadt.

Die dichte Besiedlung der Tallage Bad Honnefs hat dazu geführt, dass dort für die expandierenden Unternehmen in der Region Bonn Rhein-Sieg immer weniger Platz zur Verfügung steht. Im Gewerbegebiet Lohfeld und im neueren Gewerbegebiet Bad Honnef-Süd gibt es kaum noch freie Grundstücke. Daher müssen viele Unternehmen für ihre Neuansiedlung bzw. Erweiterung auf die Berglage in Aegidienberg zurückgreifen. Insbesondere in Aegidienberg-Rottbitze führt dies, auch aufgrund der Lage direkt an der A 3, zu umfangreichen Gewerbe- und Industrieansiedlungen. Für die gesamte Energie- und Wasserversorgung in Bad Honnef ist die Bad Honnef AG zuständig, an der die Stadt direkt 50 und über die Freizeitbäder Grafenwerth GmbH ca. 90 Prozent hält. Das Versorgungsgebiet der Gesellschaft umfasst im Wasser- und Gasvertrieb auch noch Teile des nördlichen Rheinland-Pfalz. Im Gegensatz zu den nördlicher gelegenen Städten des Rhein-Sieg-Kreises stammt das Wasser in der ehemaligen Kurstadt nicht aus der Wahnbachtalsperre, sondern wird u. a. dem Grundwasser in dem Wasserschutzgebiet im Lohfeld entnommen.