Курорт Велинград находится в западной части Чепинской котловины рядом с условно принятой границей между горами Родопами и Рилой. Город расположен на берегу реки Чепинска и со всех сторон окружен горами и скалами. Велинград находится в 85 км от Пловдива и в 133 км. от Софии.
Велинград расположен на высоте 745 м над уровнем моря. Климат — умеренно-континентальный. Атмосферное давление низкое (693 мм. ртутного столба), лето прохладное, а зима мягкая. Среднегодовая температура плюс 9˚ С, средняя температура в январе — минус 1,8 ˚ С, в июле — плюс 18,7 ˚ С. Осень более теплая, чем весна. Воздух чистый и прозрачный, отсутствуют сильные ветра. Хвойные леса, сильные солнечные лучи, водное богатство, чистый горный воздух и благотворный климат создают условия, которые позволяют успешное лечение в санаториях Велинграда в течение всего года.
Район Велинграда исключительно богат источниками минеральной воды - целых 80! Их общий дебит – 170 л/сек. Температура воды в них колеблется от 22 до 96˚ С. По изобилию и разнообразию минеральных вод Велинград стоит на первом месте в Болгарии. Воды из трех термальных зон (Лыжене, Каменица и Чепино) подходят для лечения различных видов заболеваний.
Минеральные воды слабоминерализованные, гидрокарбонатно-сульфатные и содержат натрий, калий, кальций, кремний, фтор и другие микроэлементы. Воды Чепино характеризуются небольшим содержанием радона, фтора и кремния.