Situato a nord della foce del fiume Tesino, il centro abitato si estende lungo la costa fino alle pendici delle vicine colline dove spicca l'antico borgo medievale. L'intenso sviluppo urbanistico, ancora in atto, fa estendere il centro abitato verso la foce del Tesino e lungo il suo corso verso l'interno. A sud della foce del Tesino si trova la popolosa frazione Ischia, divenuta negli anni una zona della città che forma un unico agglomerato urbano con la confinante San Benedetto del Tronto. È attraversata dal 43° parallelo dell'emisfero boreale. Grottammare gode di un clima particolarmente benigno, con inverni relativamente temperati ed estati calde, ma non afose. La temperatura media annua è di circa 15 °C mentre le precipitazioni sono generalmente comprese fra i 600 e i 700 mm.