Город Усть-Катав находится на западном склоне гор Южного Урала, прямо на месте слияния двух рек Катав и Юрюзань, в Челябинской области. В 260 километрах от столицы нашей области. Центр города полностью погружён в холмы, а рядом красуется гора Шихан.
Через Усть-Катав проходит исторический ход Транссибирской железнодорожной магистрали. Находится железнодорожная станция Усть-Катав Южно-Уральской железной дороги.
Усть-Катав лежит на федеральной автодороге М5 (Москва-Челябинск).