Santa Barbara ligger omtrent 145 km nordvest for Los Angeles, langs den amerikanske stillehavskysten. Området Santa Barbara ligger i promoteres ofte som «Den amerikanske riviera», trolig grunnet klimaet, som minner om det man finner i Sør-Frankrike. Santa Ynez-fjellene, en fjellkjede som strekker seg fra øst til vest gjennom Ventura County og Santa Barbara County, ligger i bakkant av byen. Fjellene er bratte og høye (opptil 1 200 m), og en sjelden gang faller det snø i fjellene.