Die Stadt an der Großen Röder liegt etwa 20 Kilometer östlich der Landeshauptstadt Dresden. Sie zieht sich südlich von Pulsnitz etwa vier Kilometer an der Alten Poststraße entlang. Autobahnanschlussstellen sind Ohorn und Pulsnitz an der A 4.
Die nächstgelegenen Ortschaften im Umkreis der Stadt sind die unmittelbar östlich anschließenden Großröhrsdorfer Ortsteile Bretnig und Hauswalde sowie weiter östlich Rammenau, weiterhin der Ortsteil Kleinröhrsdorf, die nicht zu Großröhrsdorf gehörenden Ortsteile Leppersdorf, Lichtenberg, Wallroda und Seeligstadt, die Gemeinde Ohorn sowie die Städte Radeberg und Pulsnitz.
Der ursprünglich als zweizeiliges Reihendorf entstandene und bis heute in der Form eines Waldhufendorfes bestehende Ort am Rande des Landschaftsschutzgebietes Westlausitz ist teils von landwirtschaftlich genutzten Flächen und ausgedehnten Waldgebieten umgeben, dem Niederforst nördlich des Ortes und der etwa 1500 ha großen Massenei am südlichen Ortsende. Diese besteht überwiegend aus dem alten Landeswald, der bis 1892 sächsisch-kurfürstliches Jagdgebiet war. "Massenei" entstammt vermutlich dem mittelhochdeutschen "mastunge", etwa dem heutigen Wort "Schweinemast" entsprechend. Früher trieb man angeblich die Schweine der Umgebung zur Mast in den Wald.
Die höchste Erhebung ist der nördlich an einem ehemaligen Steinbruch gelegene Oswaldsberg mit 312 m