Olsztyn est la capitale de la voïvodie (région) de Warmie et Mazurie, située dans sa partie médiane. Elle est située dans la partie sud de la Warmie, terre historique, qui, dans les années 1466-1772 appartenaient à la République.

La ville est à proximité des six municipalités suivantes : Dywity, Barczewo Purda, Stawiguda, Gietrzwald et Jonkowo. Elles appartiennent toutes aux terres du powiat (district) d’Olsztyn, dont le siège est situé à Olsztyn.

Au sud, la ville est bordée par la Forêt Vierge de Napiwodzko - Ramucka. Les forêts occupent plus de 21 % de sa surface, et sa composante principale est la vaste Forêt Municipale.

La principale rivière qui coule - du sud au nord - par Olsztyn est la Łyna. Elle provient de sources abondantes à 153 m d’altitude et, à Olsztyn, elle coule à 98 m d'altitude. De plus, dans les limites de la ville coulent également ses affluents : le Wadag et la Kortówka.

Sur Olsztyn, il y a 15 lacs (dont 13 de plus de 1 ha). Ils occupent un total d'environ 725 ha (plus de 8 % du terrain de la ville). Olsztyn profite également des valeurs récréatives des plans d'eau situés à proximité des limites de la ville, tels que Wadag, Bartążek ou Kielarskie.

Le point le plus élevé d’Olsztyn se trouve à une altitude de 155 m, et le plus bas à 88 m. Le climat de la ville est décrit comme modérément chaud. Il a les caractéristiques du climat de la région des lacs avec des températures basses, des gelées souvent précoces et tardives et des vents forts. Les précipitations annuelles atteignent 600 mm. La température moyenne est d'environ 18 ° C en juillet, et en janvier autour de -4 ° C.

La plus grande ville de Warmie et Mazurie se trouve sur le terrain de la méso-région physiographique de la Région des Lacs d’Olsztyn, qui fait partie de la macro-région des Lacs de Mazurie. Celle-ci fait quant à elle partie de la sous-province des Lacs Orientaux et Baltes, appartenant à la province de la Plaine Orientale Balte-Biélorusse.
La région des Lacs d’Olsztyn couvre une superficie d'environ 3820 km carrés. Au nord, elle jouxte la Plaine Ornecka, les Collines Górowskie et la Plaine Sępopolska, à l'est – la Région des Lacs de Mrągowo, au sud – la plaine de Mazurie et Garb Lubawskie, à l'ouest – la région des Lacs d’Ilawa.