Դիլիջան առողջարանային քաղաքը գտնվում է Հայաստանի Հանրապետության հյուսիս-արևելյան մասում` Աղստև գետի հովտում: Քաղաքը տեղադրված է Աղստև գետի ափին, Հալաբի և Փանբակի լեռնաշղթաների միջլեռնային հովտում` ծովի մակարդակից 1100-1300մ բարձրության վրա:

Տարածքի կլիման բարեխառն լեռնային է, ցուրտ ձյունառատ ձմեռներով և տաք, համեմատաբար խոնավ ամառներով: Այստեղ հաճախակի են լինում մառախուղները: Հունվարյան միջին ջերմաստիճանը -2 է, հուլիսյանը` 18-20: Տարեկան տեղումները կազմում են 600-650մմ: Քաղաքի միջով հոսում է Աղստև գետը` Դիլիջան և Բլդան վտակներով: Դիլիջանի մոտակայքում տարածվող անտառահատվածում ստեղծվել է Հայաստանի արգելանոցներից մեկը` «Դիլիջանի ազգային պարկը»: