Casalecchio di Reno si trova a poco più di 60 m s.l.m. e si estende su una superficie di 17,33 km². Dista 6 km da Bologna, 34 km da Modena, 47 km da Ferrara.

Il territorio è in parte pianeggiante, in parte è formato da colline che raggiungono i 350 metri. Diviso in due dal fiume Reno, si estende ai piedi del Colle della Guardia (o di San Luca) ed è fiancheggiato parzialmente dalle colline dell'Eremo di Tizzano (Monte Capra) che costituiscono le pendici dei primi colli dell'Appennino Emiliano.

Oltre al Reno, che l'attraversa per una lunghezza di 3 km, nel territorio comunale scorrono modesti corsi d'acqua: il rio Bolsenda, che scende da Nugareto; il rio Gamberi, che scende dalle colline dell'Eremo; il rio Ceretolo, che scende da Tizzano e infine il rio della Pizzacchera, che scende dal colle della Guardia.