Luhansk ligger ved sammenløpet av elvene Vilkhivka og Luhan på høyre side av Siverskyj Donets. Byen okkuperer et territorium på 25,5 tusen hektar, hvorav boligkvarterer og mikrodistrikter utgjør 3,9 tusen. De mest befolkede områdene i byen er mellom 48°30' og 48°40'N. v. og 39°10' og 39°25' øst.