Troisdorf liegt an der Sieg, einem Nebenfluss des Rheins, und an der Agger, die ihrerseits ein Nebenfluss der Sieg ist und die Stadtgrenze zur Nachbarstadt Siegburg bildet. In Troisdorf mündet die Agger in die Sieg. Parallel zum Verlauf der Sieg fließt der Mühlengraben, der bis zum Ende des 20. Jahrhunderts unter anderem zum Antrieb von zwei Getreidemühlen auf Troisdorfer Stadtgebiet diente. Das Wasser wird am Aggerwehr aus der Agger abgeleitet und bei Bergheim wieder der Sieg zugeführt. Die höchste Erhebung des Stadtgebietes ist mit 135,6 m ü. NHN der Telegraphenberg in der Wahner Heide, seinen niedrigsten Punkt erreicht es mit 46 m ü. NHN im Bereich der Siegmündung.

Dort findet/fand man sowohl Unternehmen der chemischen Industrie wie Dynamit Nobel, HT Troplast, die Evonik Degussa GmbH (vormals Hüls Troisdorf), Orica Mining Services und der Tiefzieh-Kunststoffverpackungshersteller silver plastics, der Stahlindustrie wie der Spezialprofilhersteller Mannstaedt-Werke als auch aus dem Bereich des Maschinenbaus wie das Unternehmen Reifenhäuser. Durch die kurze Entfernung zum Flughafen Köln/Bonn haben sich mehrere Logistik-Unternehmen in Troisdorf angesiedelt; so hat die Fluggesellschaft Arcus-Air dort ihren Sitz und das Briefzentrum 53 der Deutschen Post AG liegt im Troisdorfer Stadtteil Spich. Das „Service Center“ von Happy Digits hatte ebenfalls seinen Sitz in Spich. Der Logistikkonzern DHL hat sich mit seinem Entwicklungszentrum (DHL Innovationcenter) ebenfalls in Troisdorf niedergelassen. Formel D ist ein international tätiger Dienstleister der Automobil- und Zuliefererindustrie, der hier seinen Hauptsitz hat. 2006 verlegte Prämeta, Hersteller von Spezialbeschlägen und Medizintechnik, seinen Sitz nach Troisdorf.

Der Flughafen Köln/Bonn liegt teilweise auf Troisdorfer Stadtgebiet. Mit dem Auto ist er über die A 59 in ca. 15 Minuten zu erreichen und per Zug mit den Linien RB 27 und S 19, die vom Troisdorfer Bahnhof bis zum Bahnhof Köln/Bonn Flughafen 8 bis 10 Minuten benötigen. Durch diese Nähe sind Teile der Stadt durch Fluglärm belastet. Das Für und Wider eines Nachtflugverbots beschäftigt nicht nur die Troisdorfer Gremien seit mehreren Jahren. Der Airbus A320-200 der Deutschen Lufthansa mit der Registrierung D-AIPM trägt den Namen Troisdorf.