Chamonix ligger på rundt moh i Chamonix-dalen, som løper nordøst til sydvest med elven Arve. På den sørøstlige siden av Chamonix ligger Mont Blanc, det høyeste fjellet i Vest-Europa med sine moh. Mens på den nordvestlige siden av byen ligger fjelltoppen Le Brévent ( moh.). En rekke andre landsbyer hører også innunder kommunen, blant disse er: Les Bossons ( moh.), Les Praz ( moh.), Argentière ( moh.) og Le Tour ( moh.). Chamonix grenser til Aostadalen i Italia gjennom Mont Blanc-tunnelen og Martigny i Sveits igjennom Col de Montets passet (1461 moh.).