В городе расположен Уральский электрохимический комбинат, который считается крупнейшим в мире предприятием по обогащению урана.
Новоуральск расположен в юго-западной части Свердловской области, к северо-северо-западу от Екатеринбурга (в 55 километрах по прямой и в 77 километрах по автодороге) и к югу от Нижнего Тагила (в 74 километрах по прямой и в 87 километрах по автодороге), к западу от железной дороги, соединяющей данные города.
Рядом находится старинный посёлок городского типа Верх-Нейвинский, вместе с которым город фактически составляет единую конурбацию.
В черте города возвышается множество гор: Трубная, Бакушная, Кирпичная, Уральская и Осиновая.
Также Новоуральск окружают такие горы, как Мурзинка, Медвежка, Висячий Камень, Полузаводская, Перевал, Караульная, Бунар, Заплотный Камень, Пчельник, Красные горы и другие.
В лесах города и его окрестностей произрастают сосны, ели, берёзы, осины, липы.
Река Бунарка и её правый приток Ольховка практически сонаправлены с осями жилой застройки.
Также в черте города протекают Казанка, Каменка, Талая и другие реки.
Несмотря на свою незначительную высоту, Уральские горы преграждают путь массам воздуха, поступающим с запада, из европейской части России.
Согласно генеральному плану, жилая зона города разделена на восемь районов.
Расположен юго-западнее посёлка Верх-Нейвинского, от которого отделён охраняемым периметром и со стороны которого создаёт красивый облик Новоуральска.