Общината заема най-югоизточната част на област Бургас. С площта си от 513,402 km2 заема 7-о място сред 13-те общини на областта, което съставлява 6,63% от територията на областта. Границите ѝ са следните:
Релефът на общината е преобладаващо ниско- и средно планински. Заема части от североизточните разклонения на планината Странджа. Между долината на река Велека на север и граничната Резовска река на юг се простира от запад на изток Граничния рид на планината с най-висока точка връх Ходжата (326 m), разположен южно от село Бродилово. Северно от долината на Велека в пределите на общината попадат източните части на северния странджански рид Босна с максимална височина връх Папия (502 m), разположен северно от Бродилово. По крайбрежието на Черно море, в района на всички населени места има малки равнинни участъци, заети от обработваеми земи.
Цялата територия на общината попада в Черноморския водосборен басейн. Главната река е Велека, която с цялото си долно течение протича през средата на общината от запад на изток и я разделя на две половини. В най-южната част, по границата с Турция преминава най-долното течение на Резовска река. Най-северната част на общината се отводнява от средното и долно течение на Китенска река (Караагач, Орляшка река).
Почти 2/3 от територията на общината (южната и централната част) попада в пределите на природния парк „Странджа“. В него има няколко защитени местности:
биосферния резерват „Тисовица“, на север от село Българи, в горния басейн на Китенска река (Караагач, Орляшка река);
Указ № 236/обн. 28.05.1950 г. – преименува с. Мърхово (Мързево) на с. Кондолово;
Указ № 960/обн. 4 януари 1966 г.
– отстранява грешката в името на с. Рязово на с. Резово;
– отстранява грешката в името на с. Синьоморец на с. Синеморец;
Указ № 2295/обн. ДВ бр.101 от 26 декември 1978 година – за определяне на седалищата и състава на общините в Народна Република България
Указ № 303/обн. 11.10.1991 г.
– възстановява старото име на гр. Мичурин на гр. Царево;
– преименува община Мичурин на община Царево;
Указ № 258/обн. ДВ бр.57/11.07.1997 г. – отделя гр. Приморско и с. Писменово и техните землища от община Царево и ги присъединява към новообразуваната община Приморско;
Указ № 102/обн. 17.04.2001 г. – отделя с. Китен и неговото землище от община Царево и го присъединява към община Приморско;