Tsjeljabinsk ligger ved elva Miass, på østsiden av Uralfjellene, 210 km sør for Jekaterinburg og ca. 200–250 m over havnivået. Den transsibirske jernbanen går gjennom byen. Flyplassen heter . Byen er et sentrum for metallurgi, maskinindustri og lett industri, med energi fra Tsjeljabinsk kullkraftverk.