Büyük bölümü ormanlık olan ve yüzölçümü 1.013 km
2 olan şehir coğrafi açıdan engebeli bir bölgededir. Şehrin en alçak noktasının rakımı 300 metre iken en yüksek noktası 1.750 metre ile Sarı Çiçek Tepesidir. Şehir merkezinde ise en alçak nokta 400 metre ve en yüksek nokta 600 metre civarında olup ortalama yükselti 500 metredır.

Safranbolu'da Uluyayla ve Sarıçiçek olmak üzere iki yayla bulunmaktadır. Şehre 50 kilometre uzaklıkta bulunan, 280 hektar ve 7 kilometre uzunluktaki Uluyayla'nın ortasında bir gölet ve içinde yer altı nehri olan bir mağara vardır. Safranbolu'ya 8 kilometre uzaklıkta olan Sarıçiçek yaylasında ise kamp ve dağcılık yapılmaktadır.
[8] Ayrıca şehirde kanyonlar ve mağaralar bulunmaktadır. Uzunluğu 2.725 m olan Bulak (Mencilis) Mağarası'nın iki girişi bulunmaktadır ve 350 metrelik kısmı ışıklandırılmıştır. Yatay gelişmiş ve fosil Hızar Mağarası'nın büyük bir girişi vardır. Ağzıkara Mağarası ise sarkıt ve dikitleri ile dikkat çekmektedir.

Karadeniz ve İç Anadolu iklimleri arasında bulunan Safranbolu'da yazlar sıcak, kışlar soğuk, baharlar ılık ve serin geçer. İlkbahar ve sonbahar oldukça uzundur. Özellikle son yıllarda yaz ayları kurak geçmeye başlamıştır, yağışlar ilkbahar, sonbahar ve kış aylarında olur.