Съвременният град Поморие е разположен върху едноименен тесен, скалист полуостров, вдаден 3,5 km навътре в Черно море, на северозападния бряг на Бургаския залив.
От юг, изток и североизток градът е заобиколен от морето, от север – от Поморийското езеро, като само от запад-северозапад, чрез тесен провлак, заливан твърде често от морето, се свързва с Поморийското поле, което е част от Бургаската низина. В течение на хилядолетията конфигурацията на терена се е изменяла, поради което и селището е променяло своето местоположение. Градът се намира на равни разстояния 21,3 km от областния център Бургас и от Несебър и на 116 km от Варна.