Nizjnij Tagil strekker seg ut 22 km fra nord til sør, og 21 km fra øst til vest. Byen er bygget rundt den utdødde vulkanen Lisja, og dette fjellet med et vakttårn på toppen er et symbol for byen. Den geologiske strukturen i området er svært kompleks, og bidrar til byens usedvanlige rikdom på metaller og mineraler. Det er funnet forekomster av i alt 63 elementer på den periodiske tabell.