Elle est située dans un paysage de bocage préservé, en bordure de la forêt qui porte son nom, sur un flanc granitique et gréseux du Massif Armoricain. La ville surplombe la Vallée de la Cance, où le grès armoricain affleure dans des encaissements rappelant des paysages des Vosges ou du Massif central, où les torrents côtoient la roche et la végétation en formant des cascades. Mortain est située à vol d’oiseau à 79 km de Rennes et à 72 km de Caen.