Die Stadt Viernheim liegt in der Metropolregion Rhein-Neckar nahe dem Ballungsraumzentrum Mannheim. Im hessischen Teil der Oberrheinebene befindet sie sich etwa in der Mitte zwischen Fluss und Odenwald.

Trotz dieser zentralen Lage ist in der Gemarkung ein großes Waldgebiet erhalten geblieben, das als Bestandteil eines größeren Waldgebietes mit 27 Quadratkilometern über die Hälfte der 48 Quadratkilometer Gesamtfläche bedeckt. Es befindet sich auf Flugsandflächen und wird von zwei Binnendünenketten durchzogen. Sie sind die Grundlage für das Vorkommen von Trockenlebensräumen. Sandrasengesellschaften mit spezifischer Insekten- und Vogelfauna und mehrere Naturschutz- und Natura-2000-Gebiete sind dadurch bedingt. Dort vorkommende seltene Arten sind beispielsweise Heidelerche, Blauschillergras oder Kreuzkröte. Das Waldgebiet ist alt- und totholzreich und in weiten Teilen EU-Vogelschutz- und auch FFH-Gebiet. Beispielarten sind hier Klein- und Mittelspecht und Hirschkäfer. Der weitere landschaftliche Teilraum ist vom früheren Neckarverlauf geprägt.

Die Stadt hat sich im Rahmen des Brundtlandprojekts zu besonderen Anstrengungen beim globalen Klimaschutz verpflichtet.