Niška Banja nalazi se 10 km jugoistočno od Niša, nedaleko od ušća Nišave u Južnu Moravu. Nad banjom se diže Koritnjak (808 m nadmorske visine), krajnji zapadni ogranak Suve planine. Srednji deo banjskog naselja izgradjen je na platou od 250 m apsolutne visine, te je sa zaravni uzvišenja iz­vanredan vidik na kotlinu. Za pojavu termalno-mineralnih izvora značajni su rasedi - niški, zaplanjskl i studenski. Reka Nišava je u okolini Banje usekla četiri terase. Na najvišoj terasi od 50 metara relativne visine (250 m aps. visine) nalaze se zgrade i park, na terasi od 35 m kuće ranijeg sela Banja, a na terasi od 20 m deo naselja oko škole.Najniža terasa od 10 m je pod livadama. Banjski teren se, dakle, stepenasto spušta idući od Koritnjaka ka Nišavi.

 
Podneblje Niske Banje je umereno-kontinentalno. Dok je industrijski Niš u hladnijoj polovini godine često pod maglom, u Banji je vedro, a vazduh svež i čist. Leti je znatno osunčanje, ali bez velikih vrućina. Povetarac i šum­ski vazduh donose osveženje, sprečavaju vreline i čine noći prijatnim. Srednja godišnja temperatura u Nišu iznosi 12,8°C, a u Niskoj Banji 12,2°C. Jesen je u Banji najugodnije godišnje doba,  srednja temperatura oktobra iznosi 12,4°C.

Lečilište je utonulo u zelenilo šuma, koje se prostiru na preko 70 hek­tara. To je šuma graba, jasena, cera, hrasta, bresta, klena, jorgovana i lipe, zatim crnog bora, oraha, duda ... Pod vinogradima (53 hektara) je veća po­vršina nego pod voćnjacima (14 ha). Bašte na ravni Nišave ispod Banje natapaju se toplom vodom, koja iz banjskog kupatila dotiče glavnim odvodnim kanalom, pa se mrežom kanala razvodi po baštama.

Banja je povezana sa Nišom asfaltnim putem, železnicom i autobuskom linijom. Pruga i put su deo magistrale Beograd-Niš-Sofija-Istanbul. Banja je od svoje železničke stanice udaljena nepun kilometar. Blizina Niša pogo­duje razvitku ove prigradske Banje. Udaljenost od desetak kilometara oslo­badja je, opet, gradske buke.