Приморско е разположен на малък полуостров на брега на Черно море, в подножието на странджанските върхове, спускащи се към брега.
Благодарение на местоположението си на границата на две географски ширини, там където се сливат умерено континенталният и средиземноморският климат, Приморско е най-северното населено място в България.