Nowa Dęba położona jest w południowo-wschodniej Polsce, w rozwidleniu rzek Wisły i Sanu, w północno-wschodnim obszarze województwa podkarpackiego, na terenie powiatu tarnobrzeskiego. Od północy graniczy z miastem Tarnobrzeg, od wschodu z gminą Grębów, od południa z gminą Majdan Królewski (powiat kolbuszowski), od zachodu z gminą Baranów Sandomierski. Powierzchnia miasta i gminy wynosi łącznie 142 km², w tym 16 km² zajmuje miasto i 126 km² sołectwa.
Miasto przecina droga krajowa nr 9 Radom – Barwinek. Nowa Dęba jest drugim co do wielkości miastem powiatu, a jej położenie daje możliwość szybkiego dojazdu do wszystkich ważniejszych miast województwa. Przez teren gminy przebiegają także 3 drogi powiatowe. Zlokalizowane tu są linie kolejowe jednotorowe Ocice – Nowa Dęba – Rzeszów, Chmielów – Staszów – Kielce Rozwadów – Chmielów – Dębica, a ponadto Linia Hutnicza Szerokotorowa. Do najbliższego lotniska pasażerskiego (Rzeszów – Jasionka) jest 48 km.