Sermaize-les-Bains se situe dans le sud-est de la Marne, limitrophe avec le département de la Meuse. La ville est traversée par la Saulx au nord et par son affluent, la Laume, à l’est. Parallèlement à la Saulx, s’écoule le canal de la Marne au Rhin. Le sud de la commune est en grande partie boisé et est plus élevé que le reste du territoire.