行政区域は、駿河湾の海岸線から、茶の産地として有名な牧之原台地まで及んでいる。
市名も牧之原台地が由来となっている。
主な住宅街は海岸沿いにあり、牧之原台地の人口は、市内の総人口の1割程度である。
海域は主に東側に広がっており、南海トラフ巨大地震が発生した際には、最大11mの津波が到達することが予想されている。