Döbeln liegt im Mittelsächsischen Hügelland ungefähr in der Mitte des Dreiecks Chemnitz – Dresden – Leipzig. Die Umgebung ist geprägt durch das Muldental und die umliegende hügelige Landschaft.
Döbeln gliedert sich in die traditionelle Innenstadt, deren zentraler Teil auf der Muldeninsel liegt und von zwei Flussarmen der Freiberger Mulde umschlossen ist, und die nach 1950 neugebauten Stadtteile Döbeln-Ost I, Döbeln-Ost II und Döbeln-Nord.