Курорт Кюстендил расположен в южной части одноименной котловины в подножии Осоговских гор.
Кюстендил расположен на высоте 510 метров над уровнем моря, атмосферное давление — 715 миллиметров ртутного столба.
Климат курорта мягкий, умеренно-континентальный, с элементами средиземноморского. Среднегодовая температура около 10,6° С. Лето — продолжительное и теплое (средняя температура июля +21,3°С), зима — сравнительно короткая и не очень холодная (средняя температура января 0°С). Осадки умеренные — в среднем за год 650 мм. Курорт достаточно солнечный, с низкой облачностью и туманностью. Влажность воздуха умеренная.
На территории курорта расположено 40 минеральных источников с температурой воды +76 °C. По составу миниральные воды слабоминерализованные и содержат фтор, кремний, сульфиды. Природные лечебные ресурсы в основном бальнеологические и климатические. Минеральные источники являются самым ценным богатством города. Лечебные свойства воды основаны главным образом на высоком содержании сульфидных элементов и сероводорода. Вода прозрачная, бесцветная, со слабым запахом сероводорода. Вода характеризуется как гипертермальная, гидрокарбонатно-сульфатно-натриевая, сульфидная, фторная и силициевая.